ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Внешними факторами миграции являются температурный режим, давление, кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия среды.Температурный режим. С повышением температуры увеличивается миграционная способность элементов, находящихся в растворах и расплавах, повышается скорость химических реакций (принцип Ле-Шателье). Давление. При изучении гидротермальных, магматических и метаморфических процессов обязательно учитывают такой внешний фактор, как давление. В пределах же биосферы и почв давление существенного влияния не оказывает, т.к. значительного изменения его не наблюдается. Кислотно-основные условия среды. Концентрация ионов Н+ также оказывает значительное влияние на водную миграцию элементов в зоне гипергенеза. Этот фактор контролирует осаждение из растворов многих соединений, коагуляцию коллоидов, влияет на поступление элементов в растения, на подвижность многих металлов (табл. 5).
Таблица 5 Значения рН начала осаждения гидрооксидов некоторых элементов из разбавленных растворов
Образование комплексных анионов сильно осложняет эту картину. Например, рН осаждения UO2(ОН)2 3,80–6,00 (в зависимости от концентрации урана в растворе). Т.е. при значениях рН выше 6,00 миграция UO22+ не должна происходить. Но известно, что уран в таких водах мигрирует. Это связано с образованием растворимых карбонатных комплексов. Для большинства металлов образование комплексных ионов повышает рН осаждения гидрооксидов и повышает растворимость вообще. Nа, Са, К, Rb, Сs в земной коре не образуют гидроксидов и для их осаждения рН вод имеет лишь косвенное значение, как фактор, влияющий на сорбцию, растворимость солей и т.д. Необходимо иметь в виду, что повышение температуры изменяет ионное произведение воды [H+] · [ОН–] и при t =100°С в нейтральной среде рН =6,12, а при t =400 °С – 5,50, а, следовательно, изменяются в термальных водах и растворимости гидроксидов металлов. 4. Окислительно-восстановительные условия. Эти условия очень сильно влияют на миграцию элементов. Важнейшие окислители – О2, Fе3+, Мn4+, восстановители – S2+, Fе2+, Н2. В бескислородной обстановке (для почв – глеевая среда) увеличивается миграционная способность катионогенных элементов и уменьшается – анионогенных, ускоряется разложение алюмосиликатов. В восстановительной сероводородной среде Н2S вступает в реакции со многими металлами, вызывая их осаждение из раствора. Восстановительная обстановка даже периодического характера в теплое время года сопровождается интенсивной миграцией соединений Fе, Мn, Со, Ni, Сu. При усилении анаэробной обстановки железо присутствует в болотных водах в виде Fе2+. Чем меньше доступ кислорода и ниже значения рН, тем выше подвижность соединений железа. В периоды аэрации начинается переход Fе2+ в Fе3+ и интенсивное выпадение в осадок, накопление его соединений. Особую роль в водной миграции играют коллоиды. Миграция в коллоидной форме характерна для гумуса, соединений Si, А1, Fе, Мn, Zг, Sn, Тi, V, Сr, Ni и многих других элементов. Одна из особенностей процесса сорбции на коллоидах – селективность. Состав сорбируемых веществ во многом определяется зарядом сорбента. Преимущественно сорбируются ионы, имеющие общую атомную группировку. Лучше сорбируются поливалентные, чем моновалентные ионы, а среди моновалентных – те, чей радиус больше. Таким образом, физико-химическая миграция подчиняется законам физики и химии и обусловливается такими процессами, как диффузия, растворение, осаждение, сорбция, десорбция и т.д. При этом она может протекать в ионной или коллоидной форме. Интенсивность миграции выражается скоростью перехода в подвижное состояние одного грамма вещества данного элемента: (4) где Px – интенсивность миграции; Вх – число атомов элемента, перешедших в подвижное состояние; d Вх /d t – число атомов элемента x, перешедших в подвижное состояние за время d t. Чем больше величина Вx, тем меньше интенсивность миграции. Величина Вх зависит от кларка концентрации (К k) элемента. При сходных химических свойствах элемент с меньшим К k мигрирует интенсивнее. Миграционная способность химических элементов различается очень значительно, но все же удается сгруппировать элементы по их подвижности. По этой классификации все элементы разделены на следующие 4 группы. 1. Литофильные – отличаются сродством к кислороду и в условиях биосферы образуют минералы, представленные оксидами, гидрооксидами, солями кислородных кислот. К их числу относятся 54 элемента и в первую очередь, это Si, Ti, S, Р, F, С1, А1, Nа, К, Са, Mg. 2. Халькофильные элементы – склонные давать соединения с серой. Это – Сu, Рb, Zn, Сd, Аg, Мn, Fе и др. 3. Сидерофильные – растворяются в железных расплавах и дают соединения и сплавы с железом. Это – Fе, Ni, Со, Р, С, Pt, Мо, Аu, Sn. 4. Атмофилы – элементы, входящие в земную атмосферу: Н, N, С, О, Не, Аr, Сl и др. Также выделяют особую группу элементов – биофилов: С, Н, О, Р, N, S, С1, I; и в меньшей мере – В, Са, Мg, К, Na, Мn, V, Fе, Сu. Конечно, в данной классификации есть много условного, наблюдаются взаимопроникновения (повторы), она характеризует поведение элементов преимущественно в жидких фазах (растворах), а также распределение элементов между твердыми и жидкими фазами. Б.Б. Полынов (1933) вычислил условные единицы миграции элементов путем деления содержания компонента в горной породе на его количество в омывающих породы водах (табл. 6).
Таблица 6 Миграционная способность элементов
Это позволило ему объединить химические элементы по геохимической подвижности в группы, названные им рядами миграции (табл. 7).
Таблица 7 Миграционные ряды элементов в коре
Более подробная геохимическая классификации элементов по особенностям их миграции в ландшафтах была дана А.И. Перельманом (табл. 8). В основе этой классификации лежит деление на воздушные и водные мигранты. Первые мигрируют как в газообразном состоянии, так и с водным раствором. Вторые в газообразном состоянии не мигрируют или мигрируют слабо. В классификации учтена зависимость миграционной способности химических элементов в разных окислительно-восстановительных средах.
Таблица 8 Геохимическая классификация элементов по особенностям их миграции
Конечно, все эти классификации довольно условны и их следует воспринимать примерно так же, как и распределение элементов по различным средам. Там выявляется общий тип распределения элементов по различным оболочкам, но в конкретных средах могут сложиться совсем иные соотношения, не отвечающие среднему содержанию. Точно так же и оценка подвижности элементов дана в целом для биосферы как некая общая характеристика, тогда как в реальной природной обстановке могут складываться условия, резко изменяющие подвижность химических элементов. Именно потому, что в классификации А.И. Перельмана по возможности учтен этот фактор, она представляется более удачной для целей почвоведения и более полезной для биогеохимии. В почвенной среде главные факторы среды, влияющие на растворимость и подвижность элементов, следующие: рН среды, окислительно-восстановительный потенциал, наличие и свойства органического вещества, присутствие сопутствующих катионов и анионов, емкость поглощения, минералогический состав. Известны и почвы с рН до 10,00–11,00. Таковы содово-засоленные почвы, глубокие горизонты орошаемых почв. Таким образом, интервал рН достигает 8,00–11,00 единиц, в то же время для гидрооксидов трехвалентных металлов изменение рН на единицу вызывает изменение растворимости по катионам на 3 порядка. Для двухвалентных – на 2 порядка, а для одновалентных катионов – на порядок. Необходимо учитывать также, что в почвах низкие значения рН, как правило, соответствуют промывному режиму, и вполне реальным представляются в таких условиях вынос практически любых катионов, разрушение карбонатов и алюмосиликатов. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|