Понятие миграции

Термин «миграция» был введен в науку в 1923 году А.Е.Ферсманом.

Миграция химических элементов – комплекс процессов, определяющих перемещение элементов и их соединений в земной коре и на поверхности Земли, а также между подкоровыми слоями и поверхностью. Миграционная способность – это количество элемента, которое в единицу времени переходит в подвижное состояние (термин был введен А.И.Перельманом). К элементам с очень высокой миграционной способностью относятся Cl, Br, Na, J, N, B, Ra, с высокой - K, Ca, Ge, U, Fe, со средней - Al, Si, Mg, с низкой - Zr, Nb, Ta, с очень низкой – платиновые металлы. Естественная миграция металлов выравнивает их концентрацию, увеличиваемую в отдельных местах людьми (например, вдоль дорог – свинец, железо и др.). Однако она не в состоянии нацело компенсировать этот процесс, и скопление ряда металлов приводит к геохимическим аномалиям, иногда экологически опасным. Ряд антропогенных явлений приводит к усилению миграции элементов (например, кислотные осадки – к миграции алюминия и др.).

Любое перемещение какой-либо массы вещества происходит за счет затраченной энергии, формы которой могут быть разнообразны: тепло, свет, электричество и др. Известные источники энергии, расходуемой на Земле (по А.А.Саукову) делятся на 4 группы:

1. Энергия гравитационных сил – проявляется в расслоении Земли на оболочки, когда преимущественно легкие атомы слагают верхние оболочки, а тяжелые – ядро. С этой энергией связано, в большинстве случаев, механическое перемещение вещества на поверхности планеты.

2. Космическая энергия (в, основном, энергия солнечных лучей) – ею определяются тепловые режимы Океана и атмосферы, а следовательно и перемещение огромных масс воды и газовых смесей. С энергией солнечных лучей связан процесс фотосинтеза. Под влиянием космических лучей азот атмосферы превращается в углерод и радиоактивный изотоп водорода тритий (³Н или Т). В процессе ядерных реакций, связанных с космическим излучением, образуются радиоактивные изотопы ¹⁰Ве, ²²Na, ²⁶Al, ³⁶Cl.

3. Энергия радиоактивного распада – с ней связывают большинство тектонических движений. В.И.Вернадский считал, что почти вся внутренняя теплота Земли имеет радиоактивное происхождение. Несмотря на относительно небольшие количества существующих сейчас в горных породах радиоактивных элементов, суммарное количество выделенной ими энергии за геологическую историю Земли достаточно для расплавления массы горных пород.

4. Тепло глубин земного шара – связывают с радиоактивными процессами или с остаточной теплотой звезды. Верхние оболочки Земли получают тепловую энергию из глубин планеты, и с нею связаны очень многие геологические процессы, приводящие к миграции химических элеметов.

Рассмотрим геохимические циклы миграции элементов (круговорот большинства элементов в земной коре). Из магматических расплавов при их кристаллизации часть элементов отделяется в виде газовых смесей и водных растворов. В дальнейшем эти элементы могут непосредственно перейти в атмосферу и гидросферу, образовать новые минералы, так же в виде изоморфных примесей и газово-жидких включений войти как в новые, так и в ранее существовавшие минералы.

В результате тектонических движений и эрозии образовавшиеся на глубине породы попадают в поверхностную обстановку, где составляющие их элементы и соединения перераспределяются агентами выветривания. В результате жизнедеятельности и разложения организмов в атмосферу попадают диоксид углерода и метан, а за счет фотосинтеза – О₂. В поверхностных условиях происходит процесс распада радиоактивных элементов, что приводит к поступлению в атмосферу гелия и аргона. Значительное перераспределение элементов в условиях развития процессов выветривания связано с относительной растворимостью соединений в воде. Поэтому, легкорастворимые соединения переходят в гидросферу, где они мигрируют в виде истинных и коллоидных растворов. Из космоса в атмосферу, а затем и на земную поверхность попадают космическая пыль и метеориты. Масса всех химических элементов, поступающих за год из космоса колеблется от 400 до 4000 т.

Вещества, поступившие в растворы при выветривании горных пород, из атмосферы, космоса, при подводных извержениях и кристаллизации магматических расплавов, постепенно вместе с обломочным материалом переходят в осадки, образующие горные породы. Осадки отлагаются в открытых морских водоемах, озерах, а также выпадают из подземных вод. В случае диагенетических изменений идет не только уплотнение, но и перераспределение вещества, при котором может происходить как концентрация, так и рассеяние элементов.

Во вновь образовавшихся породах также продолжаются процессы миграции элементов, результатом которых являются перекристаллизация пород, гидратация и дегидратация, рост конкреций, возникновение новых, устойчивых в данных условиях минералов. Значительное повышение t и р может вызвать плавление пород.

Рассмотренный геохимический цикл миграции элементов (кристаллизация расплавов– выветривание с поступлением части элементов в атмосферу и гидросферу – седиментация (отложение осадка) и диагенез (уплотнение осадка и формирование горной породы) – эпигенетические изменения, вплоть до плавления) считаются основными, так как таким путем осуществляется круговорот большинства элементов в земной коре.

В результате миграции в системах формируется геохимическая зональность – система расчленяется на химически различные части – геохимические зоны, подзоны, горизонты и др. Зональность бывает разных рангов (по Л.Н.Овчинникову – 12): от глобальной вертикальной зональности Земли как планеты (металлическое ядро – силикатная кора) до зональности в пределах рудного месторождения, коры выветривания, почвы и еще более мелкой «микрозональности» в пределах одного минерала, конкреции и др.

Различают латеральную зональность (субгоризонтальную) – связанную с изменением химического состава и свойств в горизонтальном направлении (зональность осадков в водоеме в направлении от берега к его центру; зональность околорудного изменения пород в гидротермальных системах); вертикальная зональность– связанную с изменением химического состава и свойств в субвертикальном направлении (характерна для рудных жил, коры выветривания, почв, илов, озер, море и океанов и др.).