книги из ГПНТБ / Материалы к Совещанию по геохимии гипергенеза, ноябрь 1964 г. (тезисы докладов)

МАТЕРИАЛЫ

К СОВЕЩАНИЮ ПО ГЕОХИМИИ ГИПЕРГЕНЕЗА

(Тезисы докладов)

Ноябрь 1964 г.

МИ Н С К 1964

ПЛЕНАРНЫЕ ЗАСЕДАНИЯ

И. Н. АНТИПОВ-КАРАТАЕВ и И. Г. ЦЮРУПА

РОЛЬ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

ВОБРАЗОВАНИИ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

ИМИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ

Сделана попытка уточнить масштабы комплексообразования продуктов жизнедеятельности и автолиза поч­ венных бактерий («силикатная палочка», микобактерии) с ионами, выделяющимися из различных алюмосилика­ тов при их разрушении этими бактериями. Биохимиче­ ское разрушение минералов изучалось в лабораторных условиях на фоне стерильного химического разрушения в воде (чистый гидролиз) и в питательной среде, состоя­ щей из 2% водного раствора глюкозы с небольшой при­ месью аспарагина, аммонийных и фосфорных солей. Дли­ тельность опытов с «силикатной палочкой» 3 месяца, с микобактериями 7 месяцев.

Результаты химического и физико-химического иссле­ дования растворов, формирующихся при стерильном и биохимическом разрушении алюмосиликатов, показали следующее.

1. Присутствие органического вещества (особенно живых бактерий) сказывается и на количественной, и на качественной стороне процессов разрушения минералов и образования растворов. В биологически активной среде происходит более интенсивное «расшатывание» минера­ лов (в 4—9 раз сильнее, чем при стерильном гидролизе в воде) и образуются металлоорганические комплексные соединения. В стерильных водных растворах комплексообразования не происходит.

2. Комплексообразующая способность различных ме­ таллов с продуктами жизнедеятельности и автолиза поч­ венных бактерий неодинакова. Наибольшей активностью характеризуется железо — обычно в комплексы связаны

3

100% растворенного Fe. Содержание связанных алюми­ ния, кальция и магния составляет соответственно 7—90%, 7—90 и 0,80% от общего количества растворившегося элемента.

3. Методами электрофоретической разгонки на бума­ ге и электродиализа установлено, что значительная часть образовавшихся металлоорганических комплексов Fe, А1, Са, Mg, К и Na передвигается к положительному полюсу электрического поля (куда свободные катионы двигаться не могут). Это показывает, что при взаимодействии с ор­ ганическими продуктами металлы теряют свои катион­ ные свойства и включаются в состав анионных ради­ калов.

4. Образующиеся комплексы весьма подвижны, так как при электрофоретической разгонке отходят на зна­ чительное расстояние от линии старта. Они очень устой­ чивы, сохраняются при длительном (10—12 месяцев) сто­ янии растворов и существуют в широком диапазоне pH среды — от 3 до 8.

Установлено, что почвенные бактерии активно разру­ шают минералы и продуцируют вещества, образующие металлоорганические комплексные соединения. Эти со­ единения очень подвижны и устойчивы в широком ин­ тервале pH, выходящем за пределы существования кол­ лоидных растворов поливалентных металлов. Они могут мигрировать и способствовать перераспределению эле­ ментов в зоне гипергенеза.

Почвенный институт им. В. В. Докучаева ВАСХНИЛ

К. И. Л УКАШЕВ

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РАССЕЯНИЯ

ИКОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

ВГИПЕРГЕННОМ ЦИКЛЕ МИГРАЦИИ

Гипергенный цикл миграции представляет многооб­ разный и сложный процесс круговорота химических эле­ ментов в земной коре, атмосфере, гидросфере и биосфере. В нем следует различать: а) собственно гипергенный цикл миграции; б) гипергенно-эндогенный цикл мигра­ ции; в) гипергенно-космический цикл миграции.

Собственно гипергенный цикл миграции охватывает участие химических элементов в выветривании пород и

4

седиментации, почвообразовании и биогенном накопле­ нии и рассеянии элементов в минеральных и органоген­ ных продуктах биосферы. Здесь происходят высвобожде­ ние минералов и элементов в результате выветривания пород, перемещение части их природными водами и части в форме воздушных мигрантов атмосферы в морские бас­ сейны, поглощение элементов органическим веществом в процессе развития организмов, высвобождение химиче­ ских элементов из органического вещества в результате его разложения и минерализации и т. п.

Значительными результатами этого цикла миграции химических элементов являются: образование различных геохимических фаций продуктов выветривания и осадков, разнообразных генетических типов почв и ландшафтов, образование концентраций полезных ископаемых в вод­ ной среде и в коре выветривания суши (осадочных руд железа, алюминия, марганца, россыпей золота, платины, драгоценных камней).

Гипергенно-эндогенный цикл миграции характеризу­ ется поступательным круговоротом земного вещества между глубинами и поверхностью земной коры и состоит из двух подциклов: малого и большого круговорота ве­ щества, характеризующихся различными глубинами по­ гружения вещества в земной коре, стадиями и результа­ тами литогенеза и рудообразования. Важнейшую роль в миграции вещества в этом цикле играют магматические и метаморфические процессы, сопровождавшиеся выхо­ дом на поверхность магматических расплавов, гидро­ термальных растворов и вулканических газов. С ними связано образование магматических, метаморфиче­ ских, контактово-метасоматических, гидротермальных фаций пород и месторождений полезных ископаемых, обогащение поверхности тяжелыми металлами и газооб­ разными летучими веществами глубинного происхож­ дения.

Гипергенно-космический цикл миграции представляет комплекс энергетического и химического обмена веще­ ства между земной поверхностью и космическим прост­ ранством. В результате этого цикла в мировое простран­ ство теряются отдельные летучие компоненты, а косми­ ческая энергия в свою очередь обогащает атмосферу Земли и зону гипергенеза элементами космического про­ исхождения.

5

Решающими факторами рассеяния и концентрации химических элементов в минералах, породах и месторож­ дениях зоны гипергенеза являются: механическая, хими­ ческая и биогенная дифференциация элементов в ходе выветривания, выщелачивания и транспортировки зем­ ного вещества; характер седиментации в континенталь­ ных и водных условиях в зависимости от рельефа, гидроклиматических условий, глубины бассейнов и др.; диагенетические и эпигенетические процессы преобразо­ вания минерального вещества в ходе литогенеза; биоген­ ные процессы, связанные с почво- и ландшафтообразованием.

Основные факторы, определяющие поведение элемен­ тов в зоне гипергенеза и их парагенетические сочетания, можно объединить в следующие группы:

а) зависящие от химических и физических свойств атомов, их структуры, взаимодействия между ядром и электронной оболочкой, положения электронов в орби­ тальной оболочке и их валентных свойств, энергии связи в атомных структурах и др.;

б) зависящие от состояний вещества — в кристалли­ ческом, жидком и газообразном, коллоидно-дисперсном, аморфном, определяющих характер литогеохимических реакций, обмена катионами и анионами, метасоматиче-

главным образом реакции взаимодействия между отдель­ ными компонентами природных факторов, с которыми связано создание химических условий среды, определяю­ щих устойчивость соединений в растворах и твердых те­ лах, характер подвижности элементов и т. п.;

г) зависящие о'т биологических и биохимических про­ цессов, жизнедеятельности организмов, их взаимодейст­ вия с горными породами, с их огромной ролью в исполь­ зовании и освобождении химических элементов в связи с ростом и развитием;

д) зависящие от термодинамических и геохимических условий среды литогенеза и рудообразования, определя­ ющих интенсивность процессов выветривания, механиче­ ского и химического перемещения материалов, подвиж­ ность элементов в разных условиях pH—Eh среды.

Лаборатория геохимических проблем АН БССР

б

Г. А. МАКСИМОВИЧ

НАПРАВЛЕНИЕ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СУШИ

Поверхностные и подземные воды являются одним из основных факторов миграции веществ в зоне гипергенеза. В гидрогеохимическом процессе наблюдается единство двух противоположных направлений: рассеяния и кон­ центрации растворенных веществ. Связующим звеном яв­ ляется перенос. Растворение с последующим выносом из гипергенной зоны гидрогенических химических элемен­ тов является проявлением рассеяния и по предложению А. Е. Ферсмана называется г и д р о г е н е з о м .

Концентрация в водах растворенных веществ с обра­ зованием солоноватых, соленых вод и рассолов названа нами г и д р о г а л о г е н е з о м . Галогенез выделен А. Е. Ферсманом. Он происходит на земной поверхности за счет испарения и приводит к выпадению солей. Процесс концентрации хлоридов натрия в подземных водах — это гидрогалогенез.

В разрезе земной коры, особенно на платформах, по вертикали выделяются гидрогеохимические зоны эпигидрогенеза, эпигидрогалогенеза, гидрогенеза и гидрогалогенеза. Проявление их обусловлено различными гидроди­ намическими условиями. Первые три гидрогеохимические зоны представляют проявление гипергенеза. В областях избыточного увлажнения верхняя зона эпигйдрогенеза, где происходят инфильтрация, инфлюация и локальный подземный сток различной интенсивности, находится выше кислородной поверхности и эрозионных врезов. Здесь наблюдается интенсивное выветривание за счет факторов подземной атмо-, био- и гидросферы.

Интенсивность эпигйдрогенеза наибольшая в тропи­ ческой и субтропической зонах с их аллитной корой вы­ ветривания, меньше в тундровой зоне с торфяно-болот­ ными грунтами коры выветривания и наименьшая в лес­ ной зоне с сиаллитным выветриванием.

В областях недостаточного увлажнения наблюдается противоположный процесс концентрации солей и засоле­ ния подземных вод, или эп и г и д р о г а л о г е н е з . Наиболее ярко он проявляется в пустынях с их силикат- но-хлоридным типом коры выветривания.

7

Степная зона с сил.икатножарбонатным, солонцовым, сульфатным, натриево-сульфатным и другими типами коры выветривания является переходной. Здесь наряду с выносом солей или проявлением эпигидрогенеза наблю­ дается концентрация их в подземных водах, или эпигидрогалогенез.

Формирование состава подземных вод зоны гипергенеза обусловлено характером процессов выветривания и особенно почвообразования. Индикатором их могут слу­ жить почвенные новообразования. В пределах аридной зоны количественное различие водного баланса геохими­ чески документируется составом пустынных кор.

Интенсивность гидрогеохимических процессов верхней зоны эпигидрогенеза, или выщелачивания, и эпигидрогалогенеза, или засоления, сказывается на составе почвен­ ных, подземных, речных и озерных вод. Состав вод, свя­ занных с зоной гипергенеза, определяется не только широтными зональными факторами, но и вертикальной поясностью горных районов. При меньшем расчленении рельефа это явление, как показал Б. Б. Полынов, также отражается на составе подземных вод зоны гипергенеза. Кроме широтной зональности, сказываются автономные климатически, гидрологически, петрографически обус­ ловленные причины, например влияние залежей камен­ ной соли. Растворение их приводит к появлению не свой­ ственных тундровой или лесной зонам хлоридно-натрие- вых вод. В настоящее время техническая и бытовая деятельность человека все более сказываются на составе вод гипергенной зоны.

На территориях, недавно попавших в континенталь­ ные условия, состав подземных вод зоны эпигидрогенеза зависит от длительности субаэральных условий, т. е. сте­ пени отмытости от морского комплекса .солей. В раз­ ных климатических условиях за один и тот же отре­ зок времени этот процесс протекает с различной интен­ сивностью.

Вторая гидрогеохимическая зона гидрогенеза, нахо­ дящаяся ниже зон эпигидрогенеза и эпигидрогалогенёза, также характеризуется двумя противоположными на­ правлениями гидрогеохимического процесса. Наличие в этой зоне пресных вод позволяет в засушливых областях использовать их для водоснабжения промышленности и сельского хозяйства.

8

Иногда в гидрогеологические окна (в виде восходя­ щих источников) верхней части зоны гипергенеза прони­ кают более минерализованные воды зоны гидрогенеза и гидрогалогенеза, образуя автономные районы и участки, состав и концентрация вод которых отличны от зо­ нальных.

Пермский государственный университет

С. М. МЛНСКАЯ и Т. В. ДРОЗДОВА

РОЛЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В МИГРАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ В ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ

Концентрация редких элементов органическим веще­ ством сланцев, нефтей, углей, торфов, почв зависит от химического состава органического вещества, свойств са­ мого элемента и условий, в которых происходило взаимо­ действие элемента с ископаемым органическим веще­ ством.

В ископаемых углях, слоях и прослойках глинистых пород и сланцев, богатых органическим веществом, обна­ ружено повышенное содержание ряда элементов (V, Ge, Мо и др.). Но пути накопления редких элементов в иско­ паемом органическом веществе, а также формы связи их с природными органическими соединениями во многих случаях не выяснены. Причина этого прежде всего в трудности изучения ископаемого органического вещества, химический состав которого значительно изменен по сравнению с соединениями, из которых оно образовалось.

После гибели животных или растительных организ­ мов составляющие их ткани подвергаются воздействию микробов, отличающихся специфичностью действия и об­ ладающих активными ферментативными системами. Многие полимерные соединения, входившие в состав жи­ вых организмов, оказываются разрушенными до своих структурных единиц-мономеров. Последние могут участ­ вовать в реакциях, сопровождающих образование ве­ ществ более сложного строения. Такими веществами яв­ ляются гуминовые кислоты, меланоидины, составляющие основу органического вещества почв, торфов, углей и об­ наруживаемые также в рассеянном органическом веще­ стве многих пород.

9