Физико-химическая миграция осуществляется путём диффузии, конвекции или их сочетаний (конвективная диффузия).
Диффузия – самопроизвольный и необратимый перенос вещества, приводящий к установлению равновесных концентраций в результате беспорядочного («теплового») движения атомов, ионов, молекул и коллоидных частиц. Диффузия не имеет большого значения на земной поверхности, где она развивается лишь в грунтах болот, илах (диагенез) и т. д. Её роль возрастает в земных глубинах, для которых характерен длительный застойный режим. С диффузией учёные связывают формирование высокоминерализованных подземных вод в глубоких частях артезианских бассейнов. Установлена диффузия Ag в кристаллах самородного Au. В целом диффузия в земной коре изучена недостаточно.
Конвекцией называется миграция массовых потоков газа или жидкости. В отличие от диффузии мигрируют не только растворённые частицы (атомы, ионы, молекулы и т. д.), но и сам растворитель. Конвекция характерна как для верхней мантии, так и для земной коры. В пористой среде конвекция называется фильтрацией. Она значительно быстрее диффузии и особенно характерна для верхней части земной коры – зоны активного водообмена. Фильтрация развивается и в земных глубинах. Таково, например, «гелиевое и ртутное дыхание» планеты и другие процессы. При фильтрации воды взаимодействуют с вмещающими породами, в которых развиваются явления выщелачивания, сорбции, ионного обмена, осаждения элементов на геохимических барьерах, в том числе образование руд.
|
|
Радиоактивные процессы и ядерно-физические методы исследования в геохимии.
Радиоактивность – результат превращений в атомных ядрах, которые не зависят от давления, температуры, окислительно-восстановительных, кислотно-основных и прочих параметров миграции земной коры. Поэтому, радиоактивность протекает с неизменной скоростью, и эта её особенность позволила использовать радиоактивные элементы в качестве «геологических часов» – для измерения абсолютного возраста пород и минералов.
Для геохимии очень важны ядерно-химические методы определения элементов, которые отличаются огромной чувствительностью. Один из таких методов – нейтронно-активационный анализ. Его суть состоит в облучении изучаемых образцов тепловыми нейтронами в ядерных реакторах и определении искусственной радиоактивности, вызванной образованием нестабильных изотопов. Высокая чувствительность метода (10-6 – 10-11% и более) позволяет использовать его для определения многих редких и рассеянных элементов.
а) Естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ) в земной коре.
|
|
Из 17 известных долгоживущих радиоактивных изотопов наиболее велико геохимическое значение 238U, 235U, 239Th, 40K. Самый распространённый в земной коре радиоактивный изотоп 87Rb. Его кларк 4,16∙10-3%. Далее следуют 232Th (1,3∙10-3%), 40K (3∙10-4%) и 238U (2,5∙10-4%). За 4,6 млрд. лет (возраст Земли) количество радиоактивных изотопов сильно сократилось – 40К в 12 раз, 235U в 30 раз и т.д.
б) Природный ядерный реактор (Феномен Окло).
В 1972 году на урановом месторождении Окло (Габон) были обнаружены руды с аномальным отклонением изотопов 235U и 238U. Некоторые образцы руды на 50% были обеднены изотопом 235U, в то время как во всех других известных урановых месторождениях мира отношение 235U: 238U стабильно. Это удивительное открытие однозначно свидетельствовало, что около 2 млрд. лет назад на месторождении началась природная ядерная реакция, которая продолжалась примерно 500 тыс. лет. В результате «выгорели» сотни кг 235U. Реакция протекала сравнительно «спокойно» (без взрыва), периодически прерывалась и возобновлялась, что было связано с испарением замедлителя нейтронов – воды (система нагревалась до 300-600° С). В рудах Окло были обнаружены и продукты цепной ядерной реакции – изотопы Xe, Nd, Sm и Ru. Феномен существования подобного ядерного реактора ещё не полностью разгадан.
в) Абсолютная геохронология.
В 1902 году П. Кюри предложил использовать радиоактивность для определения геологического возраста минералов, пород и т.д. Радиоуглеродный метод основан на использовании радиоактивного изотопа 14С с периодом полураспада 5600 лет. При фотосинтезе он попадает в растения, а затем в гумус почв, торф, древесину. За 70000 лет 14С распадается полностью. Поэтому, определяя содержание 14С в ископаемой древесине, в археологических памятниках, гумусе почв, можно установить их возраст. В результате геохронологических исследований разработана абсолютная шкала геологического времени, стали определять возраст рудных жил и вмещающих пород, сравнивать по абсолютному возрасту массивы изверженных пород, сопоставлять возраст складчатости разных районов и т. д.
2.2 Миграция газов