Современное направление в геохимииГеохимия ландшафтов — раздел геохимии, изучающий миграцию химических элементов в ландшафтах, особенности процессом миграции, выноса и аккумуляции химических элементов в современных и древних геохимических ландшафтах и законы их размещения в пространстве. Основателем Г. л. является Б. Б. Полынов. Геохимия ландшафта научное направление, возникшее на границе географии и геохимии в 40-х годах 20 в. Изучает миграцию химических элементов в ландшафте, используя с этой целью идеи и методы геохимии, особенно биогеохимии. Первые подходы к изучению Г. л. были сделаны в трудах советских учёных В. И. Вернадского о биосфере (в 1926) и А. Е. Ферсмана по геохимии пустынь и полярных областей (в 1931). Основателем Г. л. как самостоятельного научного направления был советский учёный Б. Б. Полынов, который в 1946 сформулировал задачи, основные понятия и разработал методику исследований Г. л. Г. л. классифицирует миграцию элементов по формам движения материи. Ведущее значение в большинстве ландшафтов имеет биогенная миграция, выражающаяся в биологическом круговороте атомов, образовании и разложении органических веществ. В результате круговорота солнечная энергия превращается в действенную химическую энергию. Физико-химическая миграция в основном развивается в водах ландшафта. Она определяет многие его геохимические особенности. По характерным ионам природных вод различают кислые (Н+), кальциевые (Ca2+) и прочие ландшафты. Участки земной поверхности, отмеченные определёнными особенностями миграции, именуются геохимическими ландшафтами, все их части — водоразделы, склоны, долины и т. д. — связаны между собой миграцией атомов. Особенности миграции положены в основу геохимической классификации ландшафтов СССР и составления ландшафтно-геохимических карт для территории СССР и отдельных регионов. Важным принципом Г. л. является историзм. Изучение геохимических особенностей ландшафтов прошлых геологических эпох составляет содержание исторической Г. л. Она применяется при поисках полезных ископаемых, в здравоохранении. Научные и прикладные исследования по Г. л. развиваются в АН СССР, академиях наук союзных республик, университетах, отраслевых исследовательских институтах, геологических управлениях.
87 Представление об элементарном ландшафте. Геохимический 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. 88 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 DВх/Вх, а в единицу времени (DВх/Вх)(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.
|
