Геологическая энциклопедия - геохимические процессы

(a. geochemical processes; н. geochemische Vorgange; ф. processus geochimiques; и. procesos geoquimicos) процессы миграции хим. элементов сфер Земли. Наиболее изучены Г. п. в литосфере, гидросфере и ниж. слоях атмосферы, меньше данных о Г. п. в верх. мантии Земли, а о поведении хим. элементов в ниж. мантии и земном ядре имеются только гипотезы. Г. п. включают явления концентрации и рассеяния хим. элементов. С первыми связано образование м-ний п. и., со вторыми вторичных ореолов рассеяния м-ний на изучении к-рых основаны геохим. методы поисков. С рассеянием хим. элементов связано также загрязнение окружающей среды в р-нах пром. предприятий, в т.ч. и горнорудных. В зависимости от формы миграции хим. элементов различают механич., физ.-хим., биогеохим. и техногенные Г. п. и их сочетания.

К механическим Г.п. относятся речная эрозия, дефляция, плоскостной смыв и образование делювия, мор. абразия, механич. седиментация и т.д. На изучении механич. Г. п. основаны шлиховой и шлихогеохим. методы поисков рудных м-ний. С механич. Г. п. связано образование россыпей золота, платины, алмазов и др.

Физико-химические Г. п. исключительно разнообразны. Эндогенные Г. п. протекают при высоких темп-рах и давлениях, к ним относятся магматич., гидротермальные и метаморфич. Г. п. Гипергенные Г. п. характерны для земной поверхности и небольших глубин, где господствуют низкие темп-ры (условно ниже 40В°С) и давления.

Магматич. Г. п. протекают в силикатных расплавах (магмах) в глубоких частях земной коры и верх. мантии, на земной поверхности и дне океана (при вулканич. извержениях). Очаги гранитоидного магматизма залегают гл. обр. на глуб. до 25 км, базальтовая магма формируется обычно значительно глубже. Темп-pa кристаллизации пород из магмы колеблется от сотен до 1100-1300В°С, давление в магме от 10⁵ Па на земной поверхности до 10⁹ Па в глубинных очагах. Вещество в магме в осн. диссоциировано, это ионно-электронная микрогетерогенная жидкость. Разнообразные процессы магматич. дифференциации приводят к концентрации хим. элементов и образованию их магматич. м-ний. При дифференциации ультраосновной магмы, относительно бедной кремнезёмом и щелочными металлами и обогащенной железом и магнием, образуются м-ния хромовых и платиновых руд, титаномагнетитов, алмазов (в кимберлитовых трубках взрыва). С дифференциацией осн. базальтовой магмы связано формирование медно-никелевых, титаномагнетитовых и др. рудных м-ний.

При дифференциации кислой (гранитной, гранодиоритовой) магмы формируются пегматиты, являющиеся источником драгоценных камней, полевого шпата, кварца, флюорита, слюды, бериллия, лития и др. редких элементов. К апикальным частям гранитных батолитов направлен поток F, В и др. летучих элементов, в связи с чем такие апограниты обогащены литиевыми слюдами, танталониобатами, топазом. Для мн. гранитных массивов характерно обогащение рудными элементами (оловоносные и др. граниты).

Образование м-ний апатитов, нефелина, ниобия и др. редких элементов обязано дифференциации щелочной магмы. С щелочными породами генетически связаны магматич. карбонатные породы (карбонатиты) источник апатит-магнетитовых и редкометалльноредкоземельных руд (особенно ценны руды ниобия).

Гидротермальные Г. п. Ниже пояса холодных подземных вод в земной коре повсеместно распространены горячие и перегретые воды с темп-рой от 40 до 500В°С (границы условны). С их деятельностью связано формирование разнообразных гидротермальных рудных м-ний осн. источников меди, свинца, цинка, серебра, ртути, сурьмы, молибдена, вольфрама и др. металлов, а также разл. нерудного сырья (магнезита, хризотил-асбеста и др.). Гидротермальные Г. п. наиболее характерны для верх. части земной коры до глуб. 8 км, в вулканич. р-нах они развиваются также на земной поверхности и на дне океана. Термальные воды вызывают глубокое изменение горн. пород, т.н. гидротермальный метасоматоз (альбитизацию, березитизацию, грейзенизацию и др.), в связи с чем рудные тела гидротермальных м-ний, как правило, окружены широкими ореолами метасоматитов, имеющих важное поисковое значение. Установлены разнообразные гидротермально-метасоматич. формации, с к-рыми связаны определ. рудные м-ния (с грейзеновой формацией W, Mo, Be, Li, В и др., с березитовой Pb, Zn, Au, U и др.).

Гидротермальные растворы и руды полигенетичны, происхождение их дискуссионно, среди источников вод указывают магму, метаморфизм пород, атм. воды. Различают мантийный и коровый источник рудных элементов (в т.ч. коровая магма, вмещающие породы).

Meтаморфич. Г. п. изменение магматич. и осадочных г. п. в земных глубинах под влиянием высоких темп-р и давлений, отчасти растворов и флюидов. При этом происходит распад первонач. минералов и образование новых устойчивых минеральных видов в соответствии с законами физ.-хим. равновесий. В результате метаморфич. Г. п. глины превращаются в кристаллич. сланцы, известняки в мраморы, кислые изверж. породы в гнейсы и т.д.

Гипергенные Г. п., как правило, связаны с деятельностью живых организмов, т.е. носят биогеохим. характер. Менее распространены Г. п., в к-рых деятельность живых организмов несущественна или отсутствует (галогенез, криогенез и др.). Галогенез Г. п. концентрации растворимых солей, обязанные испарению вод. Они распространены на 1/3 поверхности материков, были особенно характерны для кембрийского, девонского, пермского, юрского и неогенового периодов, с к-рыми связано образование разнообразных м-ний соды, гипсов, поваренной и калийных солей (пермская кам. соль Донбасса и Илецка, калийные соли Приуралья и Белоруссии и т.д.). В совр. эпоху галогенез протекает в соляных озёрах и почвах лесостепей, степей и пустынь (образование солончаков и солонцов). С совр. и древним галогенезом связано также накопление мн. редких элементов F, Вr, I, Li, Sr, W и др., имеющих пром. значение. Криогенез Г. п., протекающие при отрицат. темп-pax; они характерны для р-нов развития многолетней мерзлоты и учитываются при стр-ве и эксплуатации горнорудных предприятий. Гипергенез сульфидных м-ний протекает при окислении мн. сульфидных руд вблизи земной поверхности (особенно колчеданов). При этом образуются серная к-та и Г. п. протекают в сильнокислых условиях. В результате энергично мигрируют мн. рудные элементы, формируются подзоны выщелачивания и вторичного сульфидного обогащения металлов, имеющие важное практич. значение. Эти Г. п. учитываются при поисках руд, эксплуатации м-ний.

Биогеохимические Г. п. характерны для верх. части земной коры Биосферы. При этом развиваются и механич. и физ.-хим. явления, но определяющее значение имеют специфич. Г. п., обусловленные деятельностью организмов. Совокупность живых организмов (живое вещество, по В. И. Вернадскому) гл. геохим. сила земной поверхности. В результате биогеохим. процессов формируются почвы, коры выветривания, частично континентальные отложения, хим. состав поверхностных, грунтовых и неглубоких подземных вод (до глубины в сотни и тыс. м). С этими Г. п. связано образование м-ний торфа, угля, горючих сланцев, возможно также нефти и газа. Биогеохим. процессы играли важную роль в образовании нек-рых м-ний типа медистых песчаников, ураноносных песчаников и др. Велика роль биогеохим. Г. п. в образовании вторичных ореолов рассеяния м-ний, формировании геохим. аномалий. На протяжении геол. истории биогеохим. процессы создали совр. кислородную атмосферу Земли (фотосинтез растений), почти освободили атмосферу от СО2, изменили состав поверхностных и подземных вод, в частности привели к образованию сероводорода в илах и подземных водах, осаждению сульфидов металлов. На определении элементного состава растений основаны биогеохим. методы поисков рудных м-ний.

Техногенные Г. п. обусловлены хоз. деятельностью. Включают в себя и механич., и физ.-хим., и биогеохим. явления, однако их природа специфична. Мн. техногенные Г. п. возникли только в результате человеческой деятельности получение Al и др. металлов в свободном виде, синтез веществ, неизвестных в природе (полимеров и др.), произ-во радиоактивных изотопов и т.д. Разновидностью техногенных Г. п. является загрязнение окружающей среды, образование т.н. техногенных геохим. аномалий. Последние могут быть глобальными (напр., повышение содержания СО2 в атмосфере в результате сжигания горючих ископаемых), региональными (применение удобрений и др.) и локальными, связанными с отд. рудниками, заводами, населёнными пунктами. В результате техногенных Г. п. образуются техногенные почвы, коры выветривания, водоносные горизонты, ландшафты (напр., на участках горнорудных предприятий), наконец, вся область Земли, охваченная техногенными Г. п., ноосфера. Исследования техногенных Г. п. служат теоретич. основой борьбы с загрязнением окружающей среды, в частности рекультивации р-нов горн. работ.

Литература: см. при ст. Геохимия.

А. И. Перельман.