Das Konzept einer geochemischen Barriere wird mit der vom Menschen verursachten Verschmutzung der Umwelt durch die Migration von Chemikalien zusammen mit Niederschlägen, unterirdischen oder oberirdischen Wasserströmen in Verbindung gebracht. Die Konzentration schädlicher Verbindungen kann die Gefahrenklasse 1 erreichen und ihre maximal zulässigen Werte können mehrmals überschritten werden, was zum Auftreten geochemischer Anomalien im Grundwasser und in Stauseen auch in großen Entfernungen von der Verschmutzungsquelle führt. Studien zu geochemischen Barrieren haben neue Informationen über die Möglichkeit geliefert, die Mobilität toxischer Verbindungen zu reduzieren.
Definition
Der Begriff "geochemische Barriere" wurde erstmals von dem russischen Wissenschaftler AI Perelman eingeführt. Seine Essenz liegt in der Bezeichnung des Bereichs der Erdkruste, in dem die Migrationsintensität und die Konzentration von Chemikalien stark abnehmen. Dadurch gehen sie aus dem Zustand der technogenen Dispersion in stabile Mineralverbände über. Diese Barrieren sind gewöhnungsbedürftigdie Umwelt vor industrieller Verschmutzung schützen.
Diese Theorie wird am häufigsten in der Ökologie, Geologie, Geochemie von Landschaften, Ozeanen und Meeren verwendet. Ein einfaches Beispiel für eine Barriere ist die Migration von mit Eisenionen gesättigtem Grundwasser. Unter der Erde ist dieses Element fast vollständig in der Flüssigkeit gelöst. Beim Auftreffen auf die Oberfläche wird Eisen unter Einwirkung von Sauerstoff oxidiert und das Metall fällt als Salz aus, dh es geht in die mineralische Phase über. Das gleiche Phänomen wird beobachtet, wenn Eisenlösung durch Wasserleitungen transportiert wird. In diesem Fall spricht man von einer künstlichen Barriere.
Geochemische Barrieren und ihre Klassifizierung
Barrieren zeichnen sich durch mehrere Merkmale aus:
- Nach Herkunft (genetische Klassifizierung): natürlich; technogen (entstanden im Prozess menschlicher Aktivität); natürlich-technogen.
- By size: makrogeochemische Barrieren, in denen eine Abnahme der Migrationsprozesse in Entfernungen in der Größenordnung von Tausenden von Metern auftritt; Mesobarrieren (von mehreren Metern bis 1 km); Mikrobarrieren (von wenigen Millimetern bis zu mehreren Metern).
- Aufgrund der Art der Stoffbewegung: bilateral - Migration von Strömen von verschiedenen Seiten, verschiedene Arten von Assoziationen können in der Barriere abgelagert werden (siehe Abbildung unten); seitlich (subhorizontal); Handy, Mobiltelefon; radial (subvertikal).
- Je nach Art des Stoffeintrags: Diffusion; Infiltration.
Natürliche und künstliche Arten
Unter den oben genannten Arten von geochemischen Barrieren werden die folgenden Klassen unterschieden:
- Mechanisch. Während der Migration von Stoffen ändert sich ihre Phase nicht, aber sie bewegen sich (meistens innerhalb der Biosphäre). Ein Beispiel ist das Rollen von Trümmern entlang der Berghänge.
- Physiko-chemisch. Barrieren entstehen durch Veränderungen in der physikalisch-chemischen Umgebung. Gegenwärtig ist diese Klasse von Phänomenen die am besten untersuchte und systematisierteste (ihre Beschreibung wird unten gegeben).
- Biogeochemisch (Phytobarrieren und Zoobarrieren). Sie sind durch einen Wandel der Staatsform und einen kleinen Migrationspfad gekennzeichnet. Meistens ist eine solche Barriere mit der Ansammlung chemischer Elemente als Folge der lebenswichtigen Aktivität von Tieren und Pflanzen verbunden. Diese Klasse umfasst sowohl natürliche als auch künstliche geochemische Barrieren (Abfallmigration auf landwirtschaftliche Flächen und Weiden).
Komplexe Barrieren
Wenn mehrere Klassen dieser Phänomene im Raum überlagert werden, entsteht eine komplexe geochemische Barriere, die in eine separate unabhängige Kategorie isoliert wird. Wissenschaftler glauben, dass solche Barrieren unter natürlichen Bedingungen einen der führenden Plätze einnehmen. Ein Beispiel ist die Kombination von Sauerstoff- und Sorptionsbarrieren in Berggebieten:
- Quellen, die in Gleyhorizonten an die Erdoberfläche steigen, sind mit gelösten Eisenhydroxiden gesättigt, die unter dem Einfluss der atmosphärischen Luft oxidiert werden (Sauerstoffbarriere);
- Fällungskolloide sind gute Sorbentien für anderechemische Verbindungen;
- dadurch wird eine zweite Sorptionsbarriere gebildet.
Die große Rolle komplexer Barrieren zeigt sich auch darin, dass durch sie viele Mineralvorkommen entstanden sind.
Vielzahl physikalischer und chemischer Barrieren
Die folgenden Arten physikalischer und chemischer Barrieren werden unterschieden:
- Sauerstoff. Oxidation tritt in Gegenwart einer großen Menge an freiem Sauerstoff in den Gewässern auf, die sich der Barriere nähern.
- Sulfid (Schwefelwasserstoff). Ausfällung von Stoffen in Reaktion mit H2S.
- Gley. Diese Barriere ist durch eine Reduktionsreaktion (ohne freien Sauerstoff und Schwefelwasserstoff) gekennzeichnet.
- Alkalisch. Als Folge der Abnahme des Säuregeh alts Bildung von Hydroxiden und Karbonaten, die zu einem unlöslichen Niederschlag ausfallen.
- Säure. Bei sinkendem pH-Wert wird die Bildung schwerlöslicher Salze beobachtet.
- Verdunstung. Durch Wasserverdunstung und Salzkristallisation steigt die Konzentration der Wanderstoffe.
- Sorption. Durch natürliche Sorptionsmittel (Ton, Humus und andere) kommt es zu einer Extraktion bestimmter Stoffe.
- Thermodynamisch. Erhöhung der Konzentration und Ausfällung von Stoffen bei starker Druck- und Temperaturschwankung. Am ausgeprägtesten ist dieser Vorgang in kohlensäureh altigen Wässern.
Unterklassen
Unter den physikalischen und chemischen Barrieren gibt es auch eine Abstufung nach Unterklassen. GesamtEs gibt 69. Sie unterscheiden sich in Säure-Basen-Eigenschaften für jede Art von Barriere.
Unter den mechanischen Barrieren gibt es Unterklassen je nach Aggregatzustand und anderen Eigenschaften des Stoffes im Migrationsstrom:
- Mineralien und isomorphe Verunreinigungen;
- gelöste Gase (Dampf);
- kolloidale Systeme;
- Verbindungen synthetischen Ursprungs;
- Tiere und Pflanzenorganismen.
Beispiele
Einfache Beispiele für geochemische Barrieren der physikalisch-chemischen Klasse sind wie folgt:
- In einem feuchten Klima in den Wäldern bildet sich eine mächtige Laubstreu. Eine Besonderheit des Grundwassers unter solchen Bedingungen ist, dass es sauerstoffarm ist. Dadurch werden chemische Elemente aus dem Boden ausgelaugt, darunter Mangan und Eisen. Wenn sie die Oberfläche erreichen, beginnt ihre Oxidation mit der Bildung von unlöslichen Hydroxiden (Sauerstoffbarriere). Dieser Mechanismus führt zur Bildung von natürlichen Schwefelablagerungen.
- Wenn es auf einem erhöhten Grundstück Vorkommen von Mineralien gibt, die Sulfide von Eisen und anderen Metallen enth alten, dann trägt deren Auswaschung durch natürliche Niederschläge zur Bildung von Grundwasser mit einer sauren Reaktion der Umgebung bei. Im Tiefland werden bei hoher Luftfeuchtigkeit und anaeroben (sauerstofffreien) Bedingungen Sulfate zu Sulfiden reduziert (Sulfidbarriere). Ablagerungen von Kupfer, Selen und Uran sind oft auf einen solchen Mechanismus beschränkt.
- Wenn der Boden aus Kalkstein bestehtFelsen, dann werden in einem feuchten Klima unter dem Einfluss zerfallender organischer Rückstände Eisen, Nickel, Kupfer, Kob alt und andere Elemente ausgelaugt. Kalksteine bilden eine alkalische geochemische Barriere, die hilft, saures Grundwasser zu neutralisieren und unlösliche Hydroxide zu bilden.
Soziale Barrieren
In der modernen Geochemie wird auch eine neue Unterklasse unterschieden - soziale geochemische Barrieren. Ihr Unterscheidungsmerkmal besteht darin, dass sie zuvor nicht unter natürlichen Bedingungen für die an ihnen konzentrierten Verbindungen entstanden sind. Barrieren dieser Unterklasse werden nur im Zusammenhang mit künstlichen oder komplexen geochemischen Barrieren betrachtet.
Unter ihnen gibt es 4 Unterklassen:
- Haush alt (Deponien für feste oder flüssige Haush altsabfälle);
- Bau;
- industriell;
- Mischbarrieren (Deponien für Bau-, Industrie- und Hausmüll).
