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 P_x – интенсивность миграции; В_х – число атомов элемента, перешедших в подвижное состояние; d В_х /d t – число атомов элемента x, перешедших в подвижное состояние за время d t.

Чем больше величина В_x, тем меньше интенсивность миграции. Величина В_х 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: