Понятие геохимического барьера связано с техногенным загрязнением окружающей среды в результате миграции химических веществ вместе с атмосферными осадками, подземными или поверхностными потоками воды. Концентрация вредных соединений может достигать 1 класса опасности, а их предельно допустимые значения могут быть превышены в несколько раз, что приводит к возникновению геохимических аномалий в грунтовых водах и водоемах даже на больших расстояниях от места источника загрязнения. Исследования геохимических барьеров позволили получить новые сведения о возможности снижения подвижности токсичных соединений.
Определение
Вам будет интересно:Критерии сегментации: понятие, характеристики и методы
Термин «геохимический барьер» впервые ввел российский ученый А. И. Перельман. Его сущность заключается в обозначении области земной коры, на которой происходит резкое снижение интенсивности миграции и концентрации химических веществ. В результате они переходят из состояния техногенного рассеяния в стабильные минеральные ассоциации. Данные барьеры используются для защиты окружающей среды от промышленного загрязнения.
Наиболее широкое распространение эта теория получила в экологии, геологии, геохимии ландшафтов, океанов и морей. Простым примером барьера может служить миграция грунтовых вод, насыщенных ионами железа. Под землей этот элемент практически полностью растворен в жидкости. При выходе на поверхность происходит окисление железа под воздействием кислорода, и металл выпадает в виде соли, то есть переходит в минеральную фазу. То же самое явление наблюдается при транспортировке раствора железа по водопроводным трубам. В этом случае говорят о техногенном барьере.
Геохимические барьеры и их классификация
Вам будет интересно:Дмитрий Иоаннович, сын Ивана Грозного: дата рождения, краткая биография, причина смерти и канонизация
Барьеры различают по нескольким признакам:
- По происхождению (генетическая систематизация): природные; техногенные (возникающие в процессе человеческой деятельности); природно-техногенные.
- По размерам: макрогеохимические барьеры, в которых снижение миграционных процессов происходит на расстояниях порядка тысяч метров; мезобарьеры (от нескольких метров до 1 км); микробарьеры (от нескольких миллиметров до нескольких метров).
- По характеру движения веществ: двусторонние - миграция потоков с разных сторон, в барьере могут осаждаться разнотипные ассоциации (показаны на рисунке ниже); латеральные (субгоризонтальные); подвижные; радиальные (субвертикальные).
- По способу поступления веществ: диффузионные; инфильтрационные.
Природные и техногенные типы
Среди вышеуказанных типов геохимических барьеров выделяют следующие классы:
- Механические. При миграции веществ не происходит изменения их фазы, но они перемещаются (чаще всего в пределах биосферы). Примером может служить скатывание обломков по склонам гор.
- Физико-химические. Барьеры возникают в результате изменения физико-химической обстановки. В настоящее время этот класс явлений наиболее изучен и систематизирован (его описание приведено ниже).
- Биогеохимические (фитобарьеры и зообарьеры). Для них характерно изменение формы состояния и небольшой путь миграции. Чаще всего такой барьер связан с накоплением химических элементов в результате жизнедеятельности животных и растений. К данному классу относятся как природные, так и техногенные геохимические барьеры (миграция отходов на сельскохозяйственных угодьях и пастбищах).
Комплексные барьеры
При наложении в пространстве нескольких классов данных явлений возникает комплексный геохимический барьер, который выделяют в отдельную самостоятельную категорию. Ученые считают, что в природных условиях такие барьеры занимают одно из лидирующих мест. В качестве примера можно привести сочетание кислородного и сорбционного барьеров в горных районах:
- родники, выходящие на поверхность земли в глеевых горизонтах, насыщены растворенными гидроксидами трехвалентного железа, которые окисляются под воздействием атмосферного воздуха (кислородный барьер);
- осаждающиеся коллоиды являются хорошими сорбентами для других химических соединений;
- в результате формируется второй – сорбционный барьер.
О большой роли комплексных барьеров свидетельствует также тот факт, что благодаря им образовались многие залежи полезных ископаемых.
Разновидности физико-химических барьеров
Среди физико-химических барьеров выделяют следующие типы:
Подклассы
Среди группы физико-химических барьеров существует также градация по подклассам. Всего их насчитывается 69. Они отличаются по кислотно-щелочным характеристикам для каждого из типов барьеров.
Среди механических барьеров выделяют подклассы, зависящие от агрегатного состояния и других характеристик вещества в миграционном потоке:
- минералы и изоморфные примеси;
- растворенные газы (пар);
- коллоидные системы;
- соединения синтетического происхождения;
- животные и растительные организмы.
Примеры
В качестве простых примеров геохимических барьеров физико-химического класса можно привести следующие:
- В условиях влажного климата в лесах образуется мощная подстилка из опавших листьев. Отличительной особенностью грунтовых вод в таких условиях является то, что они бедны кислородом. В результате происходит выщелачивание химических элементов из почвы, в том числе марганца и железа. При выходе на поверхность начинается их окисление с образованием нерастворимых гидроксидов (кислородный барьер). Этот механизм приводит к формированию залежей самородной серы.
- Если на возвышенном участке земли имеются залежи минералов, содержащих сульфиды железа и других металлов, то их вымывание естественными осадками способствует образованию грунтовых вод с кислой реакцией среды. В низинах, при высокой влажности и анаэробных (бескислородных) условиях, происходит восстановление сульфатов до сульфидов (сульфидный барьер). К такому механизму часто приурочены залежи меди, селена и урана.
- Если грунт сложен известняковыми породами, то в условиях влажного климата, под воздействием разлагающихся органических остатков, происходит выщелачивание железа, никеля, меди, кобальта и других элементов. Известняки создают щелочной геохимический барьер, который способствует нейтрализации кислых грунтовых вод и образованию нерастворимых гидроксидов.
Социальные барьеры
В современной геохимии также выделяют новый подкласс – социальные геохимические барьеры. Их отличительной особенностью является то, что они ранее не возникали в природных условиях для тех соединений, которые на них концентрируются. Барьеры данного подкласса рассматриваются только в контексте техногенных или комплексных геохимических барьеров.
Среди них выделяют 4 подкласса:
- бытовые (свалки твердых или жидких бытовых отходов);
- строительные;
- промышленные;
- смешанные барьеры (свалки строительных, промышленных и бытовых отходов).