Геохимическая классификация элементов по их способности к гипергенной миграции

Воздушные мигранты

Активные Пассивные

(образуют химические соединения) (не образуют химические соединения)

O, H, C, N, J Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn

Водные мигранты

Очень подвижные

Ca, Na, Mg, Sr, Ra Cl, Br, F, B

Слабо подвижные

K, Ba, Rb, Li, Be, Cs, Ti Si, P, Ge, Sn, Sb, As

Хорошо мигрируют в кислых водах

окислительной обстановки

Zn, Cu, Ni, Pb, Cd

Мигрируют в кислых и щелочных

водах окислительной обстановки

Hg, Ag

Подвижные и слабо подвижные в окислительной обстановке и инертные в восстановительных обстановках

V, Mo, Se, U, Re

Подвижные и слабо подвижные в восстановительной гелеевой среде и инертные в окислительной и восстановительной сероводородных средах

Fe, Mn, Co

Мало подвижные в большинстве обстановок

Слабая водная миграция с органическими Слабая водная миграция органическими

комплексами. Частично мигрируют в комплексами. Частично мигрируют в

сильнокислой среде в щелочной среде

Al, Ti, Cr, Ce, Nd, Y, La, Ca, Th, Sc, Sm, Zn, Nb, Ta, W, Hf, Te

Cd, Dу, Tb, Er, Ho, Eu, Lu, Yb, In, Bi

Не образуют, или почти не образуют химических соединений, характерно самородное состояние

Os, Pd, Ru, Pt, Au, Rh, Zr

Концентрация химических элементов в пределах локальных участков земной коры обусловлена в общем случае более или менее резкой сменой внешних условий миграции на сравнительно коротком расстоянии. Такие локальные участки резкого уменьшения интенсивности миграции А.И. Перельман (1972 г.) предложил именовать геохимическими барьерами.

Наиболее хорошо изучены геохимические барьеры гипергенной (поверхностной) зоны миграции элементов, которые подразделяются на: физико-химические, биохимические и механические.

При гипогенной (глубинной) миграции главную роль играют термодинамический, окислительно-восстановительный и щелочно-кислотные барьеры.

Например, во многих теориях гидротермального процесса образование руд связывается с наличием термодинамических барьеров. Д.С. Коржинский и его школа придает ведущее значение щелочно-кислотным барьерам при формировании метасоматитов и руд.

Формирование же сульфидных руд в ряде случаев обусловлено наличием сероводородного (восстановительного) барьера.

Огромную роль в процессе миграции элементов играет устойчивость минералов в гипогенных и гипергенных зонах миграции.

Для получения обобщенной количественной характеристики интенсивности миграции химических элементов в различных обстановках зоны гипергенеза, было предложено А.И. Перельманом использовать, так называемый, коэффициент водной миграции (т. к. большинство химических элементов в зоне гипергенеза мигрирует в водной среде) – водные мигранты.

К_х = С_х′ х∙ 100 / (m х С_х), где

С_х′ - содержание элемента в водах (мг/л);

С_х - содержание элемента в породах (%);

m - минеральный остаток воды (мг/л).

По значениям К_х можно установить ряды миграции элементов в различных условиях.

Различие в интенсивности миграции одного и того же элемента в разных обстановках может быть охарактеризовано так называемым коэффициентом контрастности миграции (КК), представляющим собой отношение коэффициентов водной миграции элементов в разных условиях.

Коэффициент контрастности миграции (КК) позволяет количественно охарактеризовать результаты процессов, протекающих на геохимических барьерах, т.е. на границе двух сред с разными условиями миграции.

Понятие о миграционной способности элементов в наибольшей степени применимо к оценке их геохимической подвижности в рамках конкретных процессов минералообразования, т.е. нужно рассматривать процесс миграции элементов не только с качественной стороны (активные или неактивные мигранты), но и с количественной т.е. какое количество элементов в единицу времени переходит в подвижное состояние. И это количество будет зависеть не только от внутренних свойств элемента, но и от общего числа атомов данного элемента, содержащегося в данной геохимической системе.

Так, например, если предположить, что миграционная способность Na и Li одинакова, то понятно, что при прочих равных условиях в подвижное состояние (например, из горных пород в природные воды) Na перейдет значительно большее, чем Li, т.к. содержание Na в породах обычно в сотни раз превышает содержание Li.

Если общее количество атомов данного элемента Х- (Cu, Pb, Ba) в природной системе обозначить как В_х, то количество атомов, перешедшее в подвижное состояние за промежуток времени ∆ t, можно выразить как ∆ В_х. Тогда относительная часть атомов, перешедших в подвижное состояние, будет составлять ∆ В_х /В_х, а в единицу времени это составит

∆ В_х /В_х х 1 / ∆ t → эта величина представляет собой миграционную

способность, которая обозначается символом Р_х.

Получается уравнение миграционной способности.

Р_х = 1/В_х х ∙ ∆ В_х /∆ t а в дифференциальной форме для бесконечно малого

промежутка времени:

Р_х = 1/В_х х ∙ dB_x/dt – уравнение миграционной способности.

Оно применимо лишь к процессам миграции в гипергенной среде, т.к. в гипогенных, глубинных условиях неизвестна зависимость В от t.

Явления и процессы миграции химических элементов в природе не есть просто явления и процессы какого-то активного или пассивного перемещения элементов в мировом пространстве, это глубочайшее проявление законов строения атома, его ядра и электронных оболочек и влияния этих законов на историю атома в определенных термодинамических условиях мирового пространства.

Миграция химических элементов вызывается бесконечным количеством факторов, но все их можно объединить в 2 группы: 1) внутренние – связанные со свойствами самих атомов химических элементов и их соединений; 2) внешние – термодинамические условия обстановки миграции.

При этом каждая отдельная группа факторов объясняет только некоторые существенные черты геохимической миграции, оказываясь недостаточной для объяснения явления в целом, и полное объяснение можно получить только при рассмотрении всех групп факторов в их противоречивом взаимодействии.

Противоречивое взаимодействие внутренних и внешних факторов как основная причина геохимического процесса миграции элементов ярко выступает в эволюционно-геохимических концепциях В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана и А.Н. Заварицкого, которые видели в нем (противоречии) диалектическую основу законов эволюции геохимических систем.

Таким образом, основная причина процессов геохимической миграции – это противоречие между внутренними и внешними – макропланетарными и космическими факторами миграции, действующими в земной коре.

Если говорить образно, то процессы геохимической миграции сводятся к тому, что физико-химические процессы в земной коре стремятся привести каждый ее геологический участок и всю земную кору в целом в состояние физико-химического и термодинамического равновесия. Но макропланетные, внутриядерные и космические процессы идут по своим законам, не считаясь с тем, достигнуто или нет физико-химическое равновесие, и неумолимо его нарушают или не дают ему наступить, переводя систему в новые условия.

Действуя одновременно и последовательно, все указанные факторы приводят к наблюдаемой картине закономерной миграции: круговоротам, перемещениям, перегруппировкам, перераспределению концентраций и т.п. атомов элементов в земной коре.