Физико-химическая и механическая миграция

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И МЕХАНИЧЕСКАЯ МИГРАЦИЯ

2. Общие особенности физико-химической миграции

Миграция с точки зрения геохимии ландшафта – это
перемещение и перераспределение элементов как
результат эндогенных и экзогенных процессов в
составных частях ландшафта.
Термин «миграция» был введен А.Е. Ферсманом в
1923 г.
Физико-химическая миграция химических
элементов – это перемещение,
перераспределение химических элементов в
земной коре и на ее поверхности.
Она осуществляется или в атмосфере (надземной и
подземной), или в природных водах, поэтому ее
можно разделить на воздушную и водную.

3. Общие особенности физико-химической миграции

В ландшафтах, как и в земной коре,
элементы мигрируют и в ионной, и в неионной
форме.
Многие элементы мигрируют в составе
недиссоциированных молекул, коллоидных
мицелл.
Неионная форма преобладает в
органических соединениях, из которых многие
растворимы в воде (фульвокислоты и др.).
В комплексе с органическими веществами
мигрируют и многие металлы.

4. Общие особенности физико-химической миграции

Физико- химическая миграция осуществляется путем
диффузии, конвекции или их сочетаний
(конвективной диффузии).
Диффузия - это самопроизвольный и необратимый
перенос вещества, приводящий к установлению
равновесных концентраций в результате
беспорядочного ("теплового") движения атомов,
ионов, молекул и коллоидных частиц.
Диффузия имеет место в застойных или очень
малоподвижных водах. В ландшафте это главным
образом болотные и иловые воды, частично
растворы элювиальных почв, коры выветривания,
водоносных горизонтов.

5. Общие особенности физико-химической миграции

Конвекция - это миграция массовых потоков газа
или жидкости. При этом в отличие от диффузии
мигрируют не только растворенные частицы
(атомы, ионы, молекулы и т .д.), но и сам
растворитель.
В пористой среде конвекция называется
фильтрацией, которая значительно быстрее
диффузии и особенно характерна для ландшафтов;

6. Воздушная миграция

Роль газов в ландшафте зависит от их кларков
и химической активности. Активные
элементы с высокими кларками образуют
ведущие газы - О2, СО2, водяной пар Н2О, Н2S.
Растворяясь в водах, они определяют условия
миграции многих элементов.
Газы образуются в результате физикохимических, биогенных и техногенных
процессов.

7. Воздушная миграция

Атмосфера ландшафта в основном состоит
из азота (78,09 %) и кислорода (20,95 %),
значительно меньше в ней аргона (0,93 %) и
углекислого газа (в среднем 0,03 %).
Содержание остальных газов крайне невелико.
Если содержание кислорода и азота в
общем одинаково во всех ландшафтах, то
содержание CO2, водяных паров, пыли,
летучих органических веществ (фитонцидов),
некоторых микрокомпонентов (озона, йода,
радона и др.) подвержено значительным
колебаниям.

8. Воздушная миграция

Классификацию природных газов впервые предложил В.И.
Вернадский. А.И. Перельман (1979) положил в основу
классификации газов их геохимическую активность, роль в
ландшафте и распространенность.
Все газы делятся на две большие группы активные и пассивные
К активным относятся следующие:
1). Неорганические газы:
а) окислители (некоторые влияют на изменение рН): О2, О3,
NО2, H2O2, NO;
б) восстановители (некоторые влияют на изменение рН): H2S, H2,
H2Se, NH3, N2, N2O, CO, Hg;
в) полярные газы, влияющие преимущественно на рН (некоторые
влияют на изменение Еh): CO2, H2O, HCl, HF, SO2, SO3.
2). Органические газы:
углеводы и их производные: CH4, C2H6, C4H10, C2H4 и другие
органические соединения (в том числе элементоорганические).
К пассивным (инертным) газам относятся: Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn.

9. Воздушная миграция

Подземная атмосфера ландшафта - почвенный
и грунтовых воздух по составу значительно
отличается от надземной: в ней больше СО2, часто
выше влажность, иное содержание
микрокомпонентов.
СО2 образуется за счет дыхания корней,
животных, микроорганизмов, его содержание
колеблется от 0,15 до 0,65%, может достигать 2% и
более.
Между подземной и надземной атмосферами
существует постоянный газообмен, подчиняющийся
законам диффузии. За счет такого "дыхания почвы"
в атмосферу поступает СО2, обогащающий
приземные слои воздуха.

10. Водная миграция

Большинство химических элементов
мигрирует в ионных, молекулярных или
коллоидных растворах.
Важнейшими компонентами вод являются
растворенные газы, особенно О2, СО2, Н2S.
Состав природной воды зависит от ее
происхождения, а также растворимости и
состава дренируемых пород.

11. Водная миграция

Концентрация ионов в воде и соотношение катионов и
анионов положены в основу классификации вод по
химическому составу.
По О.А. Алекину (1946), исходя из содержания
преобладающих анионов природные воды делятся на
три класса:
гидрокарбонатные (НСО3-),
сульфатные (SО42-),
хлоридные (Cl-).
По преобладающему катиону каждый из указанных
выше классов делится на три группы:
кальциевые,
магниевые,
натриевые воды.

12. Водная миграция

В геохимии ландшафтов все элементы
классифицируются по их отношению к окислительновосстановительным и
щелочно-кислотным условия среды.
Выделяются три типа окислительно-осстановительных
условий:
окислительные,
восстановительные глеевые
и восстановительные сероводородные.

13. Водная миграция

• По щелочно-кислотным условиям все воды
делятся на четыре основных класса.
• Сильнокислые воды содержат свободную
серную кислоту, образующуюся при
окислении пирита и других дисульфидов. В
природных условиях они встречаются в
зонах окисления сульфидных
месторождений, в угольных шахтах, в
вулканических районах.

14. Водная миграция

• Кислые и слабокислые воды весьма
характерны для тундровых и лесных
ландшафтов. Их кислотность связана с
разложением органического вещества и
поступлением угольной кислоты и других
органических кислот.
• В кислых и слабокислых водах легко
мигрируют металлы в форме бикарбонатов и
комплексных соединений с органическими
кислотами.

15. Водная миграция

• Нейтральные и слабощелочные воды характерны
для лесостепных, степных, полупустынных и
пустынных ландшафтов.
• Степень щелочности зависит от соотношения
бикарбоната кальция к его карбонату или же
бикарбоната к СО2.
• Условия миграции менее благоприятны для
большинства металлов, которые здесь осаждаются
в форме нерастворимых гидроокислов карбонатов
и других солей.
• Сильнощелочные воды содержат соду. Встречаются
они в некоторых лесостепных ландшафтах, в
содовых солончаках и др. В содовых водах легко
мигрируют кремний, алюминий, молибден и
комплексные карбонатные соединения Cu, Zn, Be, V

16. Водная миграция

В 1917 г. американский ученый Смит разработал метод
количественной оценки интенсивности водной
миграции элементов, состоящий в сопоставлении среднего
состава речных вод с составом горных пород.
А.И.Перельман для оценки интенсивности водной миграции (в
окислительной и восстановительной сероводородной
обстановке) предложил использовать следующие четыре
градации коэффициента водной миграции:
1) очень сильная миграция Кх nх10 - nх100 (хлор, бор, бром, йод);
2) сильная миграция Кх 1-n - nх10(n <2) (кальций, натрий, магний,
магний, железо, цинк, стронций и др.);
3) средняя миграция Кх 0,1-n - nх10(n<5) (калий, фосфор, свинец,
литий, кремний и др.);
4) слабая и очень слабая миграция 0,0n и меньше – алюминий,
титан, платина, олово, цирконий и др.

17. Механическая миграция

Механическая миграция (или механогенез)
обусловлена работой рек, ветра, ледников,
вулканов, тектонических сил и других
факторов.
Характерная черта механогенеза –
раздробление горных пород и минералов,
ведущее к увеличению степени их
дисперсности, растворимости, развитию
сорбции и других поверхностных явлений.

18. Механическая миграция

• В результате механической миграции в
ландшафте образуются делювий, пролювий,
аллювий, морена и прочие кластические
отложения.
• Процессы, основными агентами которых
служат сила тяжести, текучая вода, ветер, лед,
подчиняются законам механики и не зависят
непосредственно от химических свойств
элементов.
• Основное значение приобретает величина
плотность и форма частиц.

19. Механическая миграция

• Механическая миграция приводит к глубоким
изменениям в ландшафте, так как частицы разной
крупности и плотности имеют различный
химический состав.
• Глинистые фракции почв и пород по сравнению с
песчаными обычно содержат больше Fe, Al, Mn, Mg,
K, V, Cr, Ni, Co, Cu и меньше SiO2.
• Это объясняется тем, что в процессе выветривания
соединения Fe и Al образуют коллоиды, в том числе
глинистые минералы, в состав которых входят Mg и
K, V, Cr, Ni, Co, Cu легко адсорбируются коллоидами.
Минералы Ti, Zr, Sn, W, Pt имеют большую
плотность и трудно поддаются выветриванию. Они
преимущественно входят в состав песчаной
фракции.

20. Механическая миграция

• В механической миграции особую роль играют
эоловые процессы. По А.П. Лисицину, перенос
вещества в атмосфере может быть трех видов:
стратосферный (на высотах 15-60 км частицы могут
многократно огибать земной шар),
тропосферный (на высотах до 8-12 км частицы
могут мигрировать на сотни и тысячи км),
локальный (миграция на десятки и сотни км).
Песок, пыль, соли поступают в атмосферу
преимущественно за счет развевания слабо
закрепленных песков, глинистых и лессовых пород,
солончаков. Часть солей поступает в ландшафты с
акваторий соляных озер и морей.

21. Механическая миграция

Интенсивность механической миграции
(денудации) связана с зональностью, она
зависит также от геологического строения и
рельефа.
Основная масса материала (около 76 %)
поступает в океан из гумидных
экваториальных ландшафтов. Умеренные
гумидные зоны дают около 12 %, а ледовые
и аридные ландшафты – по 6 %.