химический каталог




ГЕОХИМИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ГЕОХИМИЯ (от греческого ge- Земля и химия), наука о распространенности и миграции химический элементов в геосферах. Основы ГЕОХИМИЯ разработаны в нач. 20 в. В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, В. М. Гольдшмидтом и Ф. У. Кларком. Предмет ГЕОХИМИЯ как отрасли знаний сформулировал В. И. Вернадский, назвав ее историей атомов Земли. Совр. ГЕОХИМИЯ-комплекс наук, объединяемых единой методологией и конкретными методами исследований. С одной стороны, ГЕОХИМИЯ широко использует достижения физики и химии, новейшие методы анализа и представления о строении в-ва, с другой-огромный материал, накопленный геол. науками, в частности минералогией, петрографией, наукой о рудных месторождениях.

Главная теоретич. проблема ГЕОХИМИЯ-изучение распространенности и миграции химический элементов в земной коре. Важнейший методологич. принцип ГЕОХИМИЯ-историзм: изучение эволюции миграции элементов за период геол. истории, особенности состава атмосферы, гидросферы и литосферы прошлых геол. эпох (вплоть до архея-более 2,5 млрд. лет назад), геохимический факторы возникновения и развития жизни на Земле. Неодинаковая миграция элементов в земной коре отражена в их классификации в периодической системе Менделеева (см. Геохимические классификации элементов).

Распространенность элементов Использование в ГЕОХИМИЯ высокочувствительный, точных и производит, методов анализа и статистики позволило установить диапазон вариаций и среднее содержание (кларк) большинства элементов в горных породах, гидросфере, живом веществе (см. ниже) и земной коре в целом (см. Кларки химических элементов). Кларки - важные геохимический константы, широко используемые не только в теоретической, но и в прикладной ГЕОХИМИЯ, в учении о рудных месторождениях и др. науках о Земле. Установлена прямая зависимость между кларком элемента в земной коре, его содержанием, а также глобальными и провинциальными запасами в рудах. Согласно В. М. Гольдшмидту, абс. кол-ва элементов (кларки) зависят от строения атомного ядра, а их распределение, обусловленное миграцией,-от строения электронных оболочек (основные геохимический закон).

Миграция элементов В соответствии с формами движения материи различают следующей основные виды миграции: механические, физических-химический, биогенную, техногенную. Миграция элементов складывается из противоположных процессов-концентрации и рассеяния. С первыми связано образование минералов и месторождений полезных ископаемых, со вторыми-загрязнение окружающей среды и др. явления.

Механическая миграция. Этот процесс связан с речной эрозией, работой ветра (перенос по воздуху песка и пыли), ледников, морских течений и т. д. Так, при разделении в речных и морских водах взвесей песчаные частицы обогащаются преимущественно Si, Zr, Ti, РЗЭ, Th, глинистые - Fe, Al, Mn, Mg, K, V, Cr, Ni, Co, Сu и др. Мех. миграция почти всегда сопровождается физических-химический, а часто и биогеохимический процессами. Однако механические движение нередко определяет специфику миграции. Геохимический аспекты механические миграции изучены мало.

Физико-химическая миграция. Этот процесс связан с перемещением химический элементов в природные водах, силикатных расплавах (магмах), атмосфере и подчиняется закономерностям различные физических-химический процессов (диффузии, сорбции, растворения, осаждения и др.). В. М. Гольдшмидт и А. Е. Ферсман заложили начала ионной концепции в ГЕОХИМИЯ-трактовки поведения элементов в растворах и расплавах с учетом свойств их ионов (размеров радиусов, величин зарядов и т.д.). В. М. Гольдшмидт вычислил радиусы ионов большинства элементов в их соединение и на этой базе объяснил явление изоморфизма (замещение в кристаллич. решетке минералов одних ионов и атомов другими с близкими размерами). С данных позиций получили объяснение факты, совместного нахождения элементов в минералах (К, Ва и Pb; Mg, Fe2 + и Ni; Zr и Hf; Та и Nb; К и Т1; Са и Na; К и Ва; Sr, РЗЭ и др.).

Кроме ионов, во многие природные водах содержатся недиссоциированные молекулы различные веществ, в т.ч. органических. Встречаются и вещества в коллоидном состоянии. Установлено также, что в силикатных расплавах наряду с простыми ионами (К+ , Na+ и т.д.) широко распространены комплексные, например [Zn(OH)]+ или [Рb(ОН)3]-. В гидротермальных растворах часто присутствуют и карбонатные комплексы металлов, например [UO2(CO3)3]4-. Весьма типичны комплексные ионы также для поверхностных и грунтовых вод.

В минералах открыты свободный радикалы, образующиеся под воздействием УФ- и радиоактивного излучений или др. физических факторов. Обнаружены такие "необычные" ионы, как Zr3+ , Hf3+ CO3-, SO2-, SO3- и т.п. Например, с ионом Рb+ , входящим в кристаллич. решетку полевых шпатов, связывают зеленую окраску амозонита, с наличием Ti3+, Fe4 + и SJ -фиолетовую и интенсивно синюю окраски соответственно кварца, аметиста и лазурита. Изучение свободный радикалов позволяет решать различные геол. задачи.

Важную роль в земной коре играет ионный обмен, наиболее детально исследованный в почвах и глинах. В гидротермальных условиях к нему способны полевые шпаты, фельдшпатиды, слюды, некоторые титано- и цирконосиликаты, танталониобаты, сульфиды и др. минералы.

При фильтрации вод через горные породы и почвы происходят электрохимический процессы. Так, на поверхности сульфидных минералов возникает скачок потенциала, и сульфиды окисляются. С этими явлениями связаны многие процессы образования богатых руд, особенности поисков сульфидных месторождений. ГЕОХИМИЯ магматических, гидротермальных и гипергенных процессов изучается преимущественно на базе представлений о свойствах ионов. Силикатные расплавы представляют собой ионно-электронные жидкости. Они содержат полимерные цепочки силикатных и алюмосиликатных анионов с упорядоченным строением. Геохимический специфика магм во многом определяется летучими компонентами - парами Н2О, СО2, Cl, F и др. Водяные пары и F способствуют деполимеризации кремнекислородных цепочек анионов. В пределах отдельных типов магматич. пород наблюдаются геохимический различия, особенно детально изученные в гранитах, среди которых встречаются разновидности с повыш. содержанием рудных элементов (редкометалльные, оловои вольфрамоносные и т.п.). ГЕОХИМИЯ гидротермальных процессов много внимания уделяет современной гидротермам (горячим водам). Они используются в качестве источников тепловой и электрич. энергии, а также Li, Cs, Sr, В, Cl, Br, I и др. элементов. В артезианских бассейнах многие районов найдены глубинные термальные рассолы. Мн. металлы образуют в этих водах хлоридные комплексы. Ценную информацию о гидротермах дало изучение подземных вод, поступающих во впадины морского дна (например, металлоносные рассолы впадин Красного моря, обогащенные Mn, Fe, Zn, Pb, Cu, Co).

Из былых гидротерм рудные элементы осаждались в больших объемах горных пород, которые подразделяют на пром. залежь полезного ископаемого (рудное тело) и так называемой первичный геохимический ореол рассеяния, в котором концентрация элементов не достигает кондиций. Запасы элементов-спутников в ореолах всегда больше, чем в рудных телах. Нередко и по запасам главных рудных элементов ореолы не уступают рудным телам. На изучении первичных ореолов основаны геохимические методы поисков полезных ископаемых.

Процессы, происходящие при т-pax и давлениях, близких к условиям земной поверхности, называют гипергенными. Для них также характерна ионная миграция.

Многие химический элементы мигрируют в земной коре в газообразном состоянии. Разработаны геохимический классификации газов, исследованы процессы их образования и миграции. В зонах глубинных разломов и вулканах из земных недр к поверхности мигрируют Не, Аr, пары Hg, CO2 и др. газы. На основе определения содержания этих газов созданы методы составления карт глубинных разломов, прогнозирования землетрясений, поисков рудных месторождений, залежей нефти и газа. Особенно детально изучена ГЕОХИМИЯ СН4 и др. углеводородных газов.

Изучение ГЕОХИМИЯ радиоактивных процессов в земной коре и изотопов привело к разработке абс. шкалы геол. времени. Установлены возраст Земли как планеты (ок. 4,5 млрд. лет), длительность отдельных геол. эр и периодов, отдельных событий ранней человеческой истории. Определение содержания радио- и нерадиоактивных изотопов в горных породах, рудах, минералах, водах, живых организмах, атмосфере позволило решить многие задачи наук о Земле (генезис руд, почвоведение, морская геология и др.). Эти вопросы составляют содержание ГЕОХИМИЯ изотопов. Радиационно-химический явления наблюдаются во многих минералах. С воздействием главным образом излучений U и Th связывают частичную потерю кристаллич. структуры у циркона, торита, браннерита и др. радиоактивных минералов.

Биогенная миграция. В. И. Вернадский ввел понятие оживом веществе-совокупности живых организмов, выраженной в единицах массы и энергии. Изучение геохимический деятельности живого вещества служит предметом биогеохимии. Область активной жизни на Земле называют биосферой, где организмы преобразуют солнечную энергию в энергию геохимический процессов. Главный ее источник-биохимический процессы фотосинтеза и разложения органическое веществ, в ходе которых в окружающую среду выделяются О2, СО2 и др. химически активные соединения. Непрерывное поступление энергии определяет неравновесность биосферы и ее частей-почв, илов, подземных вод и др.

Наиб. велико влияние "химический работы" живого вещества на земной поверхности в ландшафтах материков и верх. горизонтах океана. Доказано, что живое вещество представляет собой главную химический силу на земной поверхности - элементы в биосфере мигрируют при непосредств. участии живого вещества или в среде, геохимический особенности которой обусловлены живым веществом, населяющим в данный момент биосферу и действовавшим на Земле в течение всей геол. истории (закон Вернадского).

Огромная геохимический роль живого вещества не исключает зависимости каждого конкретного организма от физических-химический условий среды обитания. Существуют области материков — биогеохимический провинции, где организмы страдают от недостатка или избытка в окружающей среде (почвах, водах, атмосфере, кормах) определенных элементов; это приводит к болезням растений, животных и человека (например, кариес зубов при дефиците F в воде, эндемич. зоб при недостатке I в пище, подагра при избытке Мо в воде). По А. П. Виноградову, химический особенности организмов закреплялись в процессе эволюции миллионов поколений, и химический состав каждого организма хранит признаки своего происхождения.

Биогеохимия по-новому осветила многие стороны эволюции жизни на Земле, наметила пути практическое решения ряда проблем в биологии, медицине, с. х-ве, геологии. Например, на биогеохимический исследованиях основаны методы поисков рудных месторождений (определение микроэлементного состава золы растений). Из осадочных пород, почв и вод выделено св. 500 органическое соединение: углеводородов, фенолов, хинонов, гуминовых кислот, асфальтитов, аминокислот, углеводов и их производных, липидов, изопреноидов, гетероциклов и др. Раздел ГЕОХИМИЯ, исследующий органическое соединения горных пород и вод, называют органической ГЕОХИМИЯ, которая дифференцировалась на самостоят. направления, имеющие прикладное значение: ГЕОХИМИЯ нефти, ГЕОХИМИЯ угля и т.д. Например, из углей в пром. масштабах извлекают Ge, U и Ga, разработана технология извлечения Pb, Zn, Mo, изучается возможность извлечения Au, Ag и Hg. Перспективна также добыча Fe и Al из золы углей.

Для биосферы характерны так называемой биокосные системы, где живые организмы и неорганическое материя тесно между собой связаны и взаимообусловлены. Геохимический своеобразие таких систем определяется сочетанием биогенной, физических-химический и механические миграций. К низшему уровню организации биокосных систем относятся почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты, к более высокому-ландшафты, к еще более высокому-артезианские бассейны, моря и океаны, к наивысшему-биосфера в целом. Все биокосные системы богаты энергией, в них осуществляется круговорот элементов, накапливается информация. Изучение ГЕОХИМИЯ биокосных систем привело к оформлению научных направлений, нашедших практическое применение,-Г. почв, Г. кор выветривания, ГЕОХИМИЯ осадочных пород, ГЕОХИМИЯ подземных вод (гидрогеохимии), Г. ландшафта, ГЕОХИМИЯ океана и др. Во всех этих науках видное место занимают вопросы биогенной миграции элементов - приложение биогеохимический идей Вернадского к изучению конкретных природные систем.

Техногенная миграция (техногенез). Во 2-й пол. 20 в. техногенез оказался главным геохимический фактором на поверхности Земли. Объектами исследований в ГЕОХИМИЯ техногенеза стали техногенные процессы в городах, агроландшафтах, районах горнообогатит. комбинатов и рудников, реках и озерах, мировом океане.

В результате техногенеза образуются техногенные геохимический аномалии, которые разделяют на литохимический (в почвах, городах, строениях), гидрогеохимический (в водах), атмогеохимический (в атмосфере) и биогеохимический (в организмах). Для локализации загрязнения окружающей среды предложено создавать техногенные геохимический барьеры (участки концентрации элементов, связанные с резким изменением геохимический среды).

Одной из теоретич. основ решения проблем техногенеза, в частности борьбы с загрязнением окружающей среды, стала ГЕОХИМИЯ ландшафта. Установлено, что в ландшафтах горнопром. районов изменяется режим подземных вод, развиваются заболачивание и засоление почв. В районах металлургич. комбинатов, перерабатывающих сульфидные руды, возникает техногенный сернокислый ландшафт. В дорожных ландшафтах за счет выхлопных газов автомашин и др. воздействий изменяется состав атмосферы, почв, растений и животных.

Важное значение приобрела ГЕОХИМИЯ городов-изучение биологическое круговорота атомов, водной и воздушной миграции элементов.

На реки и озера ложится огромная техногенная нагрузка. По данным ЮНЕСКО, реки ежегодно сбрасывают в океан миллионы тонн техногенных Fe, Pb, Mn, P и др. элементов. В результате ионный сток рек с каждым годом увеличивается, и к нач. 70-х гг. его техногенная составляющая колебалась в пределах 30-60% от общего выноса солей. Загрязнение сильно изменяет биологическое круговорот, в реках и озерах исчезает рыба, вода становится непригодной для питья. В СССР проводится широкий комплекс мероприятий по предотвращению загрязнения и очистке речных и озерных вод.

Многообразны аспекты техногенной миграции в океане. Из морской воды добывают Mg, Na, К, Cl, предполагают извлекать и др. элементы. Запасы их практически не ограничены, а технология извлечения часто проще, чем при обычной добыче. Так, бурением на шельфах получают ок. 20% мировой добычи нефти. Прибрежно-морские россыпи содержат алмазы, Аи, касситерит, ильменит, рутил, циркон, монацит и др. минералы. Изучается возможность добычи на шельфах фосфоритов и глауконитовых песков. Разработаны методы добычи железомарганцевых конкреций (Fe, Mn, Ni, Co, Си) океанич. дна. Открытие металлоносных рассолов во впадинах Красного моря поставило вопрос об извлечении из них различные металлов. В океан поступает огромное количество техногенных отходов, нарушающих его биологическое режим. Для борьбы с загрязнением океанич. вод осуществляются спец. исследования, разработаны международные соглашения.

Геохимия процессов образования и эксплуатации месторождений полезных ископаемых

Геохимический понятия и методы глубоко внедрились в науку о рудных месторождениях. Под ГЕОХИМИЯ месторождения понимают совокупность процессов концентрации и рассеяния элементов в пространстве его рудного поля. Одна из важнейших задач ГЕОХИМИЯ месторождений - выявление и количественное характеристика ассоциации элементов в минералах и рудах, что позволяет обеспечить комплексное использование минеральных сырья.

В результате эксплуатации месторождений создаются искусств. химический среды, изучение которых позволяет организовать оптим. геохимический режим эксплуатации (в т.ч. подземное выщелачивание) и обеспечить охрану природы и здоровья людей-исключить из водоснабжения воды с повыш. содержанием металлов, не загрязнять атмосферу распылением отвалов разных руд и т.д.

При геохимический изучении месторождений важное значение приобрело исследование так называемой вторичных геохимический ореолов рассеяния (с повыш. концентрацией элементов)-прямых поисковых признаков рудельная Разнообразие месторождений поставило задачу их геохимический классификации. Для ее отдельных групп установлено среднее содержание элементов в рудах, элементов-примесей в минералах и т.п.

Региональная геохимия

Этот раздел изучает геохимический особенности различные территорий-стран, областей, районов, провинций и т.д. Выделение в пределах определенного региона геохимический территориальных единиц (геохимический районирование) используют при прогнозировании и поисках рудных месторождений, решении проблем охраны окружающей среды, при медико-геохимический оценке территорий, решении др. прикладных задач. С целью прогнозирования отдельных видов полезных ископаемых большое значение приобрело геохимический картирование. Разновидности геохимический карт-биогеохимический, гидро-химический, гидрогеохимический, газогидрогеохимический, ландшафтно-геохимический и иные карты.

Прикладная геохимия

Главное практическое применение ГЕОХИМИЯ приобрела при поисках минеральных сырья. Геохимический методы поисков полезных ископаемых оформились в самостоят. прикладную науку с хорошо развитой теорией и разнообразной методикой.

Важное и все возрастающее значение ГЕОХИМИЯ приобретает при решении проблем охраны окружающей среды, особенно в борьбе с техногенным загрязнением. Методология таких работ, конкретные методы и методики близки к тем, которые применяют при геохимический поисках полезных ископаемых.

Анализ законов распределения химический элементов в ландшафтах представляет медицине исходные данные для выяснения причин заболеваний, связанных с дефицитом или избытком элементов в почвах, водах, атмосфере, продуктах питания. Перспективно применение методов ГЕОХИМИЯ в курортологии, геронтологии и при решении др. проблем медицины. Ведущую роль здесь играют учение о биогеохимический провинциях и ГЕОХИМИЯ ландшафта.

Использование ГЕОХИМИЯ в с. х-ве многообразно. Она помогает бороться с незаразными болезнями культурных растений и домашних животных, связанными с дефицитом или избытком элементов в почвах, водах и кормах. Геохимический подход важен при применении удобрений, мелиорации (особенно при вторичном засолении почв) и т.д.

Геохимический исследования существенны и для химический технологии, так как они позволяют выявлять новые источники сырья (например, извлечение Re из молибденовых руд, Hf из цирконов, Cd и In из полиметаллич. руд, Ge из золы углей, редких земель, Sr и F из апатита и др.) и намечать пути наиболее рациональной его переработки.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
гироскутер цена 6000
корректирующие линзы
театр у никитских ворот афиша
чугунная сковорода купить

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(22.07.2017)