double arrow

Механизм массопереноса: диффузия и конвекция

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


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: