Геохимический круговорот химических элементов

Геохимические процессы выражаются в непрерывном и в преры­вистом перемещении масс веществ в оболочках Земли – миграциях химических элементов. Выделяют внутренние и внеш­ние факторы миграции химических элементов.

К важнейшим внутренним факторам миграции относятся свойства атомов и их соединений:

- термические свойства, летучесть и тугоплавкость химических соединений;

- химические свойства;

- энергетические свойства ионов, определяемые их кристалло- химическими параметрами и связанные с ними явления изоморфизма;

- гравитационные свойства – массы и плотности атомов и их соединений;

- радиоактивные свойства, определяющие вековое изменение изотопного состава радиоактивных и радиогенных элементов.

К важнейшим внешним факторам относятся физико-химические условия среды, в ко­торой происходит миграция химических элементов:

- температура;

- давление;

- концентрация, определяющая направление явлений согласно закону действующих масс;

- степень ионизации (электролитической диссоциации) растворов и расплавов;

- концентрация водородных ионоввеличина­­­­­– рН;

- окислительно-восстановительный потенциал Eh растворов;

- по­верхностные силы природных коллоидных систем и связанные с ними явления адсорбции химических соединений;

- равновесие фаз (правило фаз);

- действие живых организмов.

Геохимическая история любого химического элемента включает его участие в общем круговороте веществ в пределах верхних обо­лочек Земли. Большие концентрации химических элементов образуют месторождения различ­ного типа и генезиса. Наиболее распространённые химические элементы определяют химизм земной коры в целом и участвуют в большом круговоро­те веществ: магматическая порода → осадочная порода → метаморфическая порода → ультраметаморфизм и образование магмы (рис.1).

Рис. 1. Геокруговорот веществ

В процессе круговорота, который носит относительно цикличес­кий характер, более лёгкие молекулы, радикалы, атомы и ионы про­ходят меньший путь и затрачивают меньше времени на своё передви­жение, чем более тяжёлые. В этом и в эффекте магматической дифференциации заключается причина разнообра­зия химического состава горных пород. Максимально подвижные лёг­кие вещества – газовые компоненты атмосферы и вода, минимально подвижные – вещество материков (табл.1).

Таблица 1

Время полного оборота вещества

Вещество	Годы
Углекислота атмосферы (через фотосинтез)	6­­­–7
Кислород атмосферы (через фотосинтез)	~4,5×103
Азот атмосферы (посредством окисления приэлектрическихразрядах,фотохимическимпутём и биологической фиксацией)	~107
Вода океана (посредством испарения)	~106
Вещество континентов (посредством денудации –выветривания)	~108

Круговорот вещества на Земле в целом включает повторяющиеся процессы превращения и перемещения, которые в той или иной мере имеют цикличный и в то же время поступательный и необ­ратимый характер. В разной степени круговоротвеществ проявляется в вековой хими­ческой дифференциации всей планеты, главным образом её верхней мантии. Наиболее масштабно процесс образования верхних оболочек Земли происходил в раннем докембрии, что выразилось морфологически и геологически в эволюции геосинклинальных зон. В геохимическом отношении эти зоны можно считать зонами максимального обмена веществ в вертикальном направлении.

Геохимические процессы в земной коре протекают вшироком интервале температур – от 0 до1300 ⁰С и давлении от 10⁵ до 10⁹ Па (от 1 до 10 тыс. атм). В связи с этим геохимические процессы подразделяются на глубинные, или эндогенные[1] (магматогенные), происходящие в условиях повышенных температур, и экзогенные[2], протекающие в условиях поверхности Земли.

Отдельно выделяют геохимию метаморфических процессов,
с которыми связаны особые явления миграции химическихэлементов. Метаморфизму подвергаются осадочные горные породы с характерным для них распределением различных химических элементов и минералов.