Гипергенные физико-химические системы

Гипергенные условия благоприятны для жизни и большинство гипергенных систем относится к биокосным, менее распространены в зоне гипергенеза чисто физико-химические системы. Рассмотрим два типа таких сиcтем.

1. Системы криогенеза.

Процессы, протекающие при отрицательных температурах, называются криогенезом. Они образуют криогенные геохимические поля. Мощность многолетнемерзлых толщ (криолитосферы) достигает многих сотен метров, они распространены на 1/4 земной суши.

Большая часть воды в криолитосфере превращена в лёд, но некоторая часть вода не замерзает и при -70°С. Такая охлаждённая «связанная плёночная вода» сильно отличается от свободной гравитационной воды. У неё выше удельная электропроводность и степень диссоциации, ниже диэлектрическая постоянная. Плёночная вода передвигается под влиянием градиента температуры, влажности и концентрации, она способна растворять химические соединения. Зимой ток плёночных вод направлен снизу вверх, что приводит к восходящей миграции химических элементов.

Растворимость газов при низких температурах увеличивается, поэтому в плёночных водах повышено содержание O₂ и CO₂, pH их довольно низкий. Это определяет окисление сульфидов и других минералов, выветривание силикатов. В многолетнемерзлых толщах возможны ионный обмен и коагуляция коллоидов. Это не «зона геохимического покоя», как представлялось ранее, хотя миграция элементов в целом затруднена.

Вымораживание солёных вод приводит к образованию рассолов. Известны переохлаждённые рассолы с температурой до -10°С. Незамёрзшая вода минерализуется, из пресных вод осаждаются СaCO₃, а из солёных – сульфаты кальция и натрия. Углеводородные газы в криолитосфере могут соединиться с водой и давать твёрдые газогидраты, по внешнему виду напоминающие спрессованный снег. Известны их крупные скопления, достигающие размеров месторождений.

2. Галогенез.

Это концентрация растворимых солей в результате испарения вод. Продукты галогенеза – эвапориты распространены на 1/3 поверхности материков. Для галогенеза характерна ионная миграция, его закономерности – накопление ионов с наибольшими радиусами и наименьшей валентностью.

На первых этапах галогенеза осаждаются в основном чётные и более высоковалентные ионы (Ca²⁺. SO₄^2-, CO₃^2-), a в растворе накапливаются нечётные и маловалентные Cl^-, Br^-, I^-, Na⁺ и т. д. Таким образом, в ходе гелогенеза происходит переход от чётных элементов к нечётным, от середины таблицы Менделеева к её краям, от больших валентностей к малым. По интенсивности накопления при галогенезе установлены следующие ряды: Cs < Rb < K< Na; Ca < Sr < Mg; F < Br < Cl.

Галогенез играл важную роль в истории Земли. Помимо образования месторождений солей с ним связаны в той или иной степени формирование подземных рассолов, залежей нефти и газа и другие геохимические процессы.

Современный галогенез развивается в аридном климате, где испарение превышает количество атмосферных осадков. Различают морской и континентальный галогенез. Солёные лагуны и озёра представляют собой биокосные системы, однако накопление солей в них осуществляется в результате физико-химических процессов.

При испарении морской воды сначала выпадают в осадок наименее растворимый гипс, потом галит, за ним следуют эпсомит, калийные соли (сильвин и карналлит) и бишофит. В наиболее концентрированных рассолах накапливаются B, Li, Rb, Cs, Br. Главная масса галогенных пород возникла в водоёмах морского происхождения. Наиболее характерны кембрийская, девонская, пермская, юрская и неогеновая эпохи соленакопления. На материках важнейшими системами галогенеза являются солёные озёра и засолённые почвы (солончаки и солонцы).

Вопросы для самостоятельной работы.

К 2.1

1. Каково значение ионной концентрации в геохимии, физико-химических и геохимических параметров ионов?

2. Каково значение проблемы изоморфизма в геохимии?

3. Назовите окислительно-восстановительные обстановки Земли.

4. В чём значение химической термодинамики для геохимии?

5. Каково значение правила произведения растворимости для геохимии?

6. Каковы механизмы массопереноса в земной коре?

7. Чем принципиально отличаются радиоактивные процессы от других процессов физико-химической миграции?

К 2.2

1. Каков состав надземной атмосферы, факторы его формирования?

2. Каково геохимическое значение подземной атмосферы, её состав?