Реферат: Миграция элементов и ее факторы

ВВЕДЕНИЕ

Миграция – перемещение молекул и атомов в земнойкоре, движимое посредством целого ряда факторов различного происхождения ипротекающее несколькими способами.

Способность элемента к миграции определяется формойего нахождения  в земной коре: горныепороды и минералы, живое вещество, магма, рассеянная форма. Разнообразиемиграции элементов характеризует число его минералов, генетических типов рудныхместорождений и т. д. Участки земной коры, в которых на коротком расстояниипроисходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, какследствие, их концентрация.

Геохимическая миграция в различных средахразличается в зависимости от степени трещиноватости:

1.<span Times New Roman"">     

2.<span Times New Roman"">     

  вразных частях породы различны;

3.<span Times New Roman"">     

1. Факторымиграции

Факторы миграции  подразделяются навнутренние и внешние. Внутренние факторы – это факторы, связанные только сосвойствами атомов и их соединений, в их число входят:

1.<span Times New Roman"">     

2.<span Times New Roman"">     

3.<span Times New Roman"">     

4.<span Times New Roman"">     

5.<span Times New Roman"">     

Внешние факторы определяются состоянием окружающейсреды, не зависят от индивидуальных свойств миграции веществ и включаютследующие факторы:

1.<span Times New Roman"">     

2.<span Times New Roman"">     

3.<span Times New Roman"">     

4.<span Times New Roman"">     

5.<span Times New Roman"">     

6.<span Times New Roman"">     

7.<span Times New Roman"">     

8.<span Times New Roman"">     

9.<span Times New Roman"">     

Данная классификация охватывает основные видымиграции элементов на Земле и является теоретической базой для геохимическихисследований.

2.Механическая миграция

Механическая миграция (механогенез) обусловленаработой рек, течений, ветра, ледников, вулканов, тектонических сил и другихфакторов. Характерное влияние механогенеза – раздробление горных пород иминералов, ведущее к увеличению их дисперсности, растворимости, развитиюсорбции и других поверхностных явлений. При диспергировании резко увеличиваетсясуммарная поверхность частиц и их поверхностная энергия, растворимостьминералов, происходит разложение многих минералов. При механической миграциитяжелые минералы ведут себя как частицы более крупного размера. Механическоеперемещение минералов зависит от их твердости и податливости к выветриванию, адальность – еще и от податливости к химическому выветриванию.

Механическая денудация – перемещение взвешенныхчастиц вещества водными потоками на поверхности суши. Интенсивность процессазависит от климата, геологического строения и рельефа: она минимальна нагумидных лесных равнинах, где преобладает химическая денудации, а в аридныхобластях возрастает в сотни раз.

Эоловые процессы классифицируются по степениудаленности перемещения взвешенных в атмосфере частиц от поверхности Земли:

-  локальныйперенос, миграция ни десятки и сотни км;

-  тропосферный перенос, на высотах до 12 км насотни и тысячи км;

-  стратосферный перенос, на высотах до 60 кмчастицы могут многократно огибать земной шар.

Песок, пыль, соли поступают в атмосферупреимущественно за счет развеяния слабо закрепленных песков, глинистых илёссовых равнин, солончаков, с акваторий соленых озер или морей и т.д. Данныеявления выражены резче на участках древней суши, где в течение десятков, сотентысяч, миллионов лет происходила эоловая аккумуляция.

3.<span Times New Roman""> 

Простейшая форма физико-химической миграции –диффузия – это процесс самопроизвольного и необратимого переноса вещества изодной части системы в другую, что возникает вследствие теплового движениячастиц. Диффузия протекает как в индивидуальном веществе, так и в смеси; и прилюбом агрегатном состоянии. Диффузия в горных породах обычно сопровождаетсявзаимодействием вещества со средой. Из-за хаотического движения частиц диффузияпереносит их из одного местоположения в другое. В системе, состоящей из 2-х иболее веществ, образуются диффузионные потоки, стремящиеся выровнятьконцентрации и прийти к термодинамическому равновесию.

Диффузия в горных породах протекает в более сложнойобстановке. Все они содержат поры различных размеров и формы. Породы являютсягетерогенными системами, вмещающими растворы и/или газы, которые с нейвзаимодействуют. В природе вещества обычно диффузируют через серию неодинаковыхпластов с различным коэффициентом диффузии. При этом на ее прохождение могутповлиять пористость среды, ее структура, влажность пород и их слоистость.

Смежный диффузии процесс – конвекция – миграциямассовых потоков газа или жидкости, перемещение частиц происходит вместе срастворителем. Конвекция характерна как для верхней мантии, так и для земнойкоры. Конвекция в пористой среде называется фильтрацией, которая протекаетзначительно быстрей диффузии и особенно характерна для верхней части земнойкоры – зоны активного водообмена, хотя может развиваться и в земных глубинах.Фильтрация энергичнее в складчатых поясах и слабее на платформах и щитах.

Другая форма миграции – сорбция. При этом процессепроисходит поглощение газов или жидкостей твердыми или жидкими веществами изокружающего пространства поверхностью (адсорбция) или всем объемом (абсорбция)тела. Поглощающие вещества называются адсорбентами (абсорбентами), апоглощаемые адсорбатами (абсорбатами).

Адсорбция происходит на границе раздела фазвследствие действия на частицы силы притяжения бóльшей, чем действующиеравномерно со всех сторон силы притяжения частиц друг другом. Адсорбцияпротекает интенсивнее, чем больше площадь раздела фаз или развита поверхностьтела.

Адсорбция в свою очередь подразделяется нафизическую, когда происходит занятие адсорбатом поверхности адсорбента, ихимическую, когда адсорбент и адсорбат вступают между собой в химическуюреакцию.

Развитию физической адсорбции неизменно препятствуетдесорбция, процесс обратный адсорбции, из-за стремления к тепловому равновесиюи при этом число адсорбирующих и десорбирующих частиц в единицу времениобразуется одинаковое количество.

При помещении адсорбента в раствор электролитапроисходит самопроизвольный ионный обмен между адсорбентом и раствором, которыйможет быть как с ионами на поверхности, так и с ионами в объеме в результатедиссоциации молекул адсорбента.

Ионный обмен обычно сопровождается побочнымпроцессом проникновения и растворителя и растворенного вещества в поры горнойпороды.

Химическая адсорбция протекает с образованиемсвязей, определяемых структурой адсорбента. Существует химическая адсорбциягазов на металлах,  угле, оксидах металлов,при гетерогенном катализе.

Физическая адсорбция при возрастании температурыспособна преобразоваться в химическую. При химической адсорбции выделяетсязначительное количество тепловой энергии.

Гетерогенный процесс происходит, когда реагирующиевещества находятся в разных фазах, следовательно, реакция возможна только награнице их раздела. В силу этого появляются осложняющие факторы, связанные странспортировкой веществ в зону реакции. В природе гетерогенные реакциипроисходят главным образом между мигрирующим веществом и вмещающей       породой.

Любые гетерогенные реакции включают следующие стадиисвоего протекания:

1.<span Times New Roman"">     

2.<span Times New Roman"">     

3.<span Times New Roman"">     

Скорость гетерогенного  процесса  на разных  стадиях  может существенно  отличаться.

Изоморфизм – способность химических элементов,атомов, ионов, блоков кристаллической решетки замещать друг друга в минералах,при этом решающую роль играют размеры ионов и атомов. Изоморфные замещениявозможны, когда радиусы  ионов и атомовразличаются не более чем на 15 % от размера меньшего радиуса. При температурах,близких к точке плавления минералов, эта величина достигает 30 %, т.е.изоморфная совместимость возрастает. В алюмосиликатах возможно повышениепоказателя до 60 % и выше. Для изоморфизма, кроме близости ионных и атомныхрадиусов, необходимы химическая индифферентность и схожесть природы межатомнойсвязи. Ион меньшего размера легче замещает большего размера, ионы с болеевысоким зарядом предпочтительнее замещают ионы с более низким зарядом, т.к.этот процесс сопровождается выделением большего количества энергии и повышаетэнергию решетки.

4.<span Times New Roman""> 

Газы составляют сотые доли % массы земной коры идесятые доли % – гидросферы, однако геохимическая роль газов не пропорциональнаих массе: решающее значение имеет высокая подвижность газов, которые мигрируютинтенсивнее, чем вещества в твердом и жидком состоянии. В земной коревыделяются газы воздушного, биохимического, химического и радиоактивногопроисхождения.

Миграция газов осуществляется путем фильтрации идиффузии. Основное значение имеет фильтрация, скорость которой определяетсяпроницаемостью пород (трещиноватость, тектонические нарушения) и изменяется всотни тысяч раз.

В оценке миграции газов необходимо рассмотрениетакого важного показателя свойств газов как их растворимость. Большинство газовв стандартных условиях плохо растворяются в воде. С увеличением температурырастворимость большинства газов понижается, с увеличением давления – растет.Углеводороды лучше растворяются в нефти, чем в воде, миграция газов с нефтьюимеет важное геохимическое значение: в местах повышения давления углеводородырастворяются в нефти, а в местах понижения – выделяется из нее. Однако в связис большим масштабом водной миграции с подземными водами мигрирует значительнобольше углеводородов, чем с нефтью.

5.<span Times New Roman""> 

Вода – самаяуниверсальная и самая важная среда миграции в земной коре. Водные растворыпронизывают верхнюю часть литосферы, вода – это «кровь» земной коры.

Природные водычасто взаимодействуют с различными горными породами, например крупные реки сосложным геологическим строением бассейна, многие подземные воды. Для вод сактивной циркуляцией характерна интенсивность миграции, а для застойных вод –интенсивность накопления, т.к. представляет собой кларк концентрации элементовв минеральном остатке воды.

Электрохимическиепроцессы возникают при любой миграции вод через горные породы, осадки, почвы.Системы, в которых протекают электрохимические процессы, именуютсягеоэлектрохимическими, а полюса поля, где концентрируются элементы – электрохимическимибарьерами. В земной коре существуют локальные электрические поля –гальванические, фильтрационные, диффузионно-адсорбционные и др. Местами характерныкрайне низкие концентрации элементов в растворах, исключающие их осаждение нагеохимических барьерах: безбарьерная миграция, дальняя миграция. Но приэлектрохимических явлениях в растворах возможны и значительные концентрации элементов.

Электрохимическиепроцессы являются одним из важнейших факторов выветривания минераловдиэлектриков, причем катионы выносятся в определенной последовательности.

6.<span Times New Roman""> 

Образование живого вещества и разложениеорганических веществ образуют единый биологический круговорот атомов, который вбиосфере протекает повсеместно, хотя в разных формах и с разной интенсивностью.В ландшафте и верхних горизонтах моря в процессе фотосинтеза образуется живоевещество, здесь же происходит его минерализация. Часть органических веществминерализуется не полностью и откладывается в илах. Закон биологическогокруговорота – один из основных законов геохимии, согласно которому в биосфере входе биологического круговорота атомы поглощаются живым веществом и заряжаютсяэнергией, которую отдают в окружающую среду, покидая живое вещество. Главныминосителями энергии являются природные воды.

Неминерализованные остатки органического вещества преобразуются в осадочныепороды, в том числе залежи торфа, угля и других горючих ископаемых. Общая ихмасса во много раз больше массы живого вещества, а главное количествоорганического углерода заключено в виде небольших примесей гумусовых и углистыхвеществ, капель битумов и т.д. Главные превращения органические остаткипретерпевают в почвах и илах в период энергичной работы микроорганизмов. Вдальнейшем происходит более медленное их изменение под влиянием подземных вод итермокаталитическим путем при прогибании осадочных толщ и росте температуры илив результате радиолиза.

Геохимическоесвоеобразие биокосных систем определяется сочетанием биогенной,физико-химической и механической миграций. В биокосных системах литосферы происходитвзаимодействие горных пород с природными водами в близких термодинамическихусловиях. Это определяет некоторые общие особенности физико-химическоймиграции, которая складывается из двух противоположных процессов: выветриванияи цементации. Миграция элементов при выветривании, в свою очередь, складываетсяиз противоположных процессов: выщелачивание из пород и минералов водных иприсоединение воздушных элементов. Для цементации наиболее характерныаккумуляция водных мигрантов на геохимических барьерах, уменьшение пористости иувеличение объемной массы пород. Выветривание и цементация – разные стороныединого процесса миграции: первый порождает второй.

В зависимостиот  ведущего типа миграции выделяются тритипа ландшафтов:

·<span Times New Roman"">        

·<span Times New Roman"">        

·<span Times New Roman"">        

7.<span Times New Roman""> 

В ноосфере происходит грандиозное перемещениеатомов, их рассеяние и концентрация. Ей свойственны механическая,физико-химическая, биогенная миграция, но не они определяют ее своеобразие:главную роль играет техногенная миграция. Ноосфере характерно огромноеускорение миграции. Существует две группы процессов техногенеза. Первая группапроцессов унаследована от биосферы, к ней относятся биологический круговорот,круговорот воды, рассеяние элементов при отработке месторождений, распылениявещества и многое другое. Техногенная миграция второй группы находится в резкомпротиворечии с природными условиями.

Литература:

Перельман А.И. Геохимия. – М.: Высшая школа, 1989.

Геохимическиемиграции. – М.: Просвещение, 1987.

Голубев И.А.Гетерогенные процессы… М. 1990.

<span Arial Black",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">Оглавление

 TOC o «1-3» h z ВВЕДЕНИЕ… PAGEREF _Toc1737723 h 1

1.Факторы миграции. PAGEREF _Toc1737724 h 1

2.Механическая миграция. PAGEREF _Toc1737725 h 2

3.     Физико-химическая миграция. PAGEREF _Toc1737726 h 2

4.     Миграция газов. PAGEREF _Toc1737727 h 3

5.     Водная миграция. PAGEREF _Toc1737728 h 4

6.     Биогенная миграция. PAGEREF _Toc1737729 h 4

7.     Техногенная миграция. PAGEREF _Toc1737730 h 5

Литература:PAGEREF _Toc1737731 h 5

еще рефераты
Еще работы по геологии