Геохімічні бар'єри

Цим терміном А.В.Перельман в 1961 році запропонував іменувати ділянки земної кори, у яких на короткій відстані відбувається різке зменшення інтенсивності міграції хімічних елементів і, як наслідок, їх концентрація. Аналогічно макро - і мікроклімату, макро-, мезо - і мікрорельєфу виділяють макро-, мезо - і микробар’єри. Так, в дельтах зона змішування прісних річкових вод і солоних морських являє собою макробар’єри шириною в сотні і тисячі метрів (при довжині річок і морських акваторій в тисячі кілометрів). До мезобар’єрів відносяться крайові зони боліт, де накопичуються багато елементів, вилужені з ґрунтів вододілів і схилів. Ортзанди в ґрунтах потужністю в декілька сантиметрів і міліметрів належать до мікробар’єрів.

Явище, яке іменується геохімічним бар'єром, привертало увагу дослідників і раніше, зокрема, при вивченні умов утворення мінералів і руд, при трактуванні процесів осадження елементів з вод. Однак раніше вона розглядалася ізольовано, як предмет різних наук - мінералогії, літології, ґрунтознавства, науки про рудних родовищах і т.д. Але в ґрунтах, мулах річок і озер, корах вивітрювання, горизонти грунтових вод, зонах розломів та інших системах протікають подібні процеси концентрації елементів. Це і дозволило встановити загальні типи таких процесів, сформулювати поняття про геохімічні бар'єри, яке належить до фундаментальних понять геохімії. Головна особливість бар'єру - різка зміна умов концентрації елементів, це зона, де одна геохімічна обстановка змінюється іншою.

На геохімічних бар'єрах утворюються руди більшості родовищ, різні геохімічні аномалії, призводять до забруднення навколишнього середовища, інші практично важливі види концентрації елементів. Все це визначає важливість вивчення геохімічних бар'єрів. При суміщенні в одному місці різних геохімічних процесів формуються комплексні бар'єри, що утворюються в результаті накладання двох або кількох взаємопов'язаних геохімічних процесів. Виділяються також двосторонні бар'єри, які формуються при русі різних елементів до бар'єра з різних сторін. На двосторонньому бар'єрі відбувається осадження різнорідної асоціації хімічних елементів. Розрізняються також латеральні бар'єри, які утворюються при русі вод у субгоризонтальном напрямку, наприклад на кордоні елементарних ландшафтів, і радіальні (вертикальні) бар'єри, що формуються при субвертикальной (знизу нагору або зверху вниз) міграції розчинів у ґрунтах, зонах розломів, корах вивітрювання і т.д. Залежно від способу масопереносу розрізняються дифузійні та инфильтрационные бар'єри.

В. С. Голубєв розробив поняття про рухомий геохімічний бар'єр, коли бар'єр переміщується повільніше фільтрації вод. В основу класифікації геохімічних бар'єрів покладені види міграції. Виділяється два основних їхні типи - природні і техногенні.

Природні в свою чергу поділяються на три класи. Найбільш прості - механічні бар'єри - ділянки різкого зменшення інтенсивності механічної міграції. До них приурочені різні продукти механічної диференціації опадів. В місцях різкого зменшення інтенсивності фізико-хімічної міграції формуються фізико-хімічні бар'єри. Вони виникають в місцях зміни температури, тиску, окисно-відновних, лужно-кислотних та інших умов. Біогеохімічні бар'єри зобов'язані зменшення інтенсивності біогенної міграції --- вугільні поклади, торф, концентрації елементів в тілах організмів і т. д.

Техногенні геохімічні барєри це результат механічної техногенної міграції, фізико – хімічної техногенної міграції біогеохімічної техногенної міграції. Суть цих бар’єрів виясняється тільки при вивченні соціальної форми руху техногенної міграції

Техногенні геохімічні аномалії

Розміри техногенних аномалій коливаються в дуже широких межах. Аномалії, що охоплюють всю земну кулю або більшу його частину, можуть бути названі глобальними. Їх прикладом служить підвищений вміст СО₂ в атмосферу в результаті спалювання вугілля і нафти або накопичення Sr⁹⁰ після ядерних вибухів. Регіональні аномалії поширюються на частини материків, окремі країни, зони, області, провінції. Вони виникають в результаті застосування мінеральних добрив, отрутохімікатів і т.д. Локальні аномалії пов'язані з конкретним епіцентром (рудником, заводом і т.д.), їх радіус не перевищує десятків кілометрів. До локальних аномалій відносяться, наприклад, підвищений вміст металів у грунтах і водах навколо деяких металургійних комбінатів. Простір, займаний локальної аномалією, слід називати техногенних ореолом розсіювання.

По відношенню до навколишнього середовища техногенні аномалії діляться на три типи:

1. Корисні аномалії, поліпшують навколишнє середовище, роблять її більш придатною для життя людини. Їх прикладом служить підвищений вміст кальцію в районах вапнування кислих ґрунтів. На створення корисних аномалій направлено йодування кухонної солі в районах розвитку ендемічного зоба, фторування питної води в містах з широким розповсюдженням карієсу, застосування молібденових, борних, цинкових та інших мікродобрив, кобальтової та іншої підживлення домашніх тварин.

2. Шкідливі техногенні аномалії, що погіршують умови існування людини, рослин і тварин. Ці аномалії привертають велику увагу в зв'язку з забрудненням навколишнього середовища.

3. Нейтральні техногенні аномалії, не роблять впливу на здоров'я. Так, концентрація заліза і алюмінію в містах не служить хімічної причиною, що впливає на здоров'я людини, рослин або тварин

У зв’язку з хімічною неоднорідністю життя на Землі, біосфера Землі районується.В. В.Ковальський ввів поняття таксонів для районування біосфери і виділив такі таксони:

1. Таксони першого порядку. Це регіони біосфери, які мають по масштабу ознаки грунтово – кліматичних зон або їх комбінацій. Вони враховують особливості біогеохімічного ланцюга елементів харчування, переважаючі реакції організмів на природний хімічний склад середовища або на його техногенні зміни

2. Таксони другого порядку. Це субрегіони біосфери. Це ділення регіонів на частини, які характеризуються географічною неприривністю, але біогеохімічно можуть бути неоднорідні.

3. Таксони третього порядку. Це біогеохімічні провінції. Це частини таксона другого порядку, тобто частини субрегіону, які відмінні біогеохімічно, біохімічно, а інколи і морфологічними особливостями організмів.

Біогеохімічна провінція - це область на поверхні Землі, яка відрізняється вмістом хімічних елементів в ґрунтах, водах та інших середовищах.

На певних територіях вміст хімічних елементів може бути вищий або нижчий біологічного оптимуму.

В. В. Ковальський в своїх дослідженнях запроваджував складання карт та картограм біогеохімічних провінцій. На картах та картограмах виділяються райони розповсюдження захворювань людей та тварин, яким сприяють біогеохімічні властивості ґрунтів.

Слід звернути увагу на зональні та азональні провінції.

Зональні провінції, це провінції, які відповідають загальним зональним характеристикам, але відмінні одна від одної концентраціями та співвідношеннями хімічних елементів.

Азональні провінції, це провінції, ознаки яких не відповідають загальній характе ристиці зони, це геохімічні аномалії, які зв’язані з покладами руд або техногенними забрудненнями.

Особливу увагу В.В. Ковальський приділяє техно – біогеохімічним провінціям.

Техно - біогеохімічні провінції, це провінції, в яких природні та техногенні потоки речовини утворюють єдиний техно – біогеохімічний потік, утворюючи біогеохімічні, геохімічні та техногенні аномалії.

На території України та прилеглих територіях виявлені та вивчені біогеохімічні провінції з: дефіцитом йоду в ґрунтах та рослинах; дефіцитом та надлишком фтору в питній воді; надлишком бора в рослинах; надлишком та дефіцитом міді в ґрунтах та інші.

Вивчаючи біогеохімічні провінції необхідно зробити наступний висновок:

- біогеохімічні провінції з пониженим вмістом окремих хімічних елементів зв’язані з особливостями складу ґрунтоутворюючих порід, або інтенсивним проявом елювіального процесу;

- біогеохімічні провінції з підвищеним вмістом хімічних елементів формуються в розташуванні покладів руди, в районах акумулятивних ландшафтів. Підвищені концентрації хімічних елементів викликані викидами та скидами великих промислових підприємств та забруднюючим впливом мегаполісів.

Роль хімічних елементів в проявах ендемії

Біогеохімічні ендемії в живих організмах викликаються надлишком або недостатком деяких хімічних елементів в природному середовищі.

Інколи ендемія викликаєьтся прямою дією хімічного елемента, але в більшості випадків ендемії пов’язані з порушенням співвідношення вмісту мікроелемента з іншими хімічними елементами.

Розглянемо деякі мікроелементи, які визивають прояви біогеохімічної ендемії.