Geocheminio barjero samprata siejama su žmogaus sukelta aplinkos tarša dėl cheminių medžiagų migracijos kartu su krituliais, požeminio ar paviršinio vandens srautais. Kenksmingų junginių koncentracija gali siekti 1 pavojaus klasę, o didžiausios leistinos jų vertės gali būti viršytos kelis kartus, o tai lemia geocheminių anomalijų atsiradimą požeminiame vandenyje ir rezervuaruose net dideliais atstumais nuo taršos š altinio. Geocheminių barjerų tyrimai suteikė naujos informacijos apie galimybę sumažinti toksiškų junginių mobilumą.
Apibrėžimas
Sąvoką „geocheminis barjeras“pirmasis įvedė rusų mokslininkas AI Perelmanas. Jo esmė slypi žemės plutos ploto, kuriame smarkiai sumažėja migracijos intensyvumas ir cheminių medžiagų koncentracija, nustatymas. Dėl to jie pereina iš technogeninės dispersijos būsenos į stabilias mineralų asociacijas. Šios kliūtys yra įpratusiosapsaugoti aplinką nuo pramoninės taršos.
Ši teorija plačiausiai naudojama kraštovaizdžių, vandenynų ir jūrų ekologijoje, geologijoje, geochemijoje. Paprastas barjero pavyzdys yra požeminio vandens, prisotinto geležies jonais, migracija. Po žeme šis elementas beveik visiškai ištirpęs skystyje. Patekusi į paviršių, geležis, veikiama deguonies, oksiduojasi, o metalas nusėda druskos pavidalu, tai yra, pereina į mineralinę fazę. Tas pats reiškinys stebimas, kai geležies tirpalas transportuojamas vandens vamzdžiais. Šiuo atveju jie kalba apie žmogaus sukurtą barjerą.
Geocheminės kliūtys ir jų klasifikacija
Barjerai išsiskiria keliomis savybėmis:
- Pagal kilmę (genetinę klasifikaciją): natūralus; technogeninis (atsiranda žmogaus veiklos procese); natūralus-technogeninis.
- Pagal dydį: makrogeocheminiai barjerai, kuriuose vyksta migracijos procesų sumažėjimas tūkstančių metrų atstumu; mezobarjerai (nuo kelių metrų iki 1 km); mikrobarjeras (nuo kelių milimetrų iki kelių metrų).
- Pagal medžiagų judėjimo pobūdį: dvišalis – srautų migracija iš skirtingų pusių, barjere gali būti nusėda įvairių tipų asociacijos (parodyta paveikslėlyje žemiau); šoninis (subhorizontalus); mobilusis; radialinis (subvertikalus).
- Pagal medžiagų patekimo būdą: difuzija; įsiskverbimas.
Natūralūs ir žmogaus sukurti tipai
Tarp pirmiau minėtų geocheminių barjerų tipų išskiriamos šios klasės:
- Mechaninė. Medžiagų migracijos metu jų fazė nekinta, bet juda (dažniausiai biosferos ribose). Pavyzdys yra šiukšlių riedėjimas kalnų šlaitais.
- Fizikinės ir cheminės. Kliūtys atsiranda dėl fizikinės ir cheminės aplinkos pokyčių. Šiuo metu ši reiškinių klasė yra labiausiai ištirta ir susisteminta (jos aprašymas pateikiamas žemiau).
- Biogeocheminė (fitobarjerai ir zoobarjerai). Jiems būdinga valstybės formos kaita ir nedidelis migracijos kelias. Dažniausiai tokia kliūtis yra susijusi su cheminių elementų kaupimu dėl gyvybinės gyvūnų ir augalų veiklos. Ši klasė apima ir natūralias, ir žmogaus sukurtas geochemines kliūtis (atliekų migraciją žemės ūkio paskirties žemėje ir ganyklose).
Sudėtingos kliūtys
Kai kelios šių reiškinių klasės išsidėsto erdvėje, susidaro sudėtingas geocheminis barjeras, kuris išskiriamas į atskirą nepriklausomą kategoriją. Mokslininkai mano, kad natūraliomis sąlygomis tokios kliūtys užima vieną iš pirmaujančių vietų. Pavyzdys yra deguonies ir sorbcijos barjerų derinys kalnuotose vietovėse:
- glių horizontuose į žemės paviršių kylančios versmės yra prisotintos ištirpusių geležies hidroksidų, kurie oksiduojasi veikiant atmosferos orui (deguonies barjeras);
- nusėdantys koloidai yra geri sorbentai kitiemscheminiai junginiai;
- dėl to susidaro antra sorbcijos barjera.
Didelį sudėtingų barjerų vaidmenį liudija ir tai, kad dėl jų susidarė daug naudingųjų iškasenų telkinių.
Fizikinių ir cheminių barjerų įvairovė
Išskiriami šie fizinių ir cheminių barjerų tipai:
- Deguonis. Oksidacija vyksta esant dideliam laisvo deguonies kiekiui vandenyje, kuris artėja prie barjero.
- Sulfidas (vandenilio sulfidas). Medžiagų nusodinimas reaguojant su H2S.
- Gley. Šiam barjerui būdinga redukcijos reakcija (be laisvo deguonies ir vandenilio sulfido).
- Šarmas. Dėl rūgštingumo sumažėjimo susidaro hidroksidai ir karbonatai, kurie nusėda į netirpias nuosėdas.
- Rūgštis. Sumažėjus pH, susidaro mažai tirpios druskos.
- Išgaruojantis. Migruojančių medžiagų koncentracija didėja dėl vandens išgaravimo ir druskų kristalizacijos.
- Sorbcija. Tam tikros medžiagos ekstrahuojamos dėl natūralių sorbentų (molio, humuso ir kitų).
- Termodinamika. Medžiagų, kurių slėgis ir temperatūra smarkiai svyruoja, koncentracijos ir nusodinimo didinimas. Šis procesas ryškiausias vandenyse, kuriuose yra anglies rūgšties.
Poklasiai
Fizikinių ir cheminių kliūčių grupėje taip pat yra gradacija pagal poklasius. Iš visojų yra 69. Kiekvienam barjerų tipui jie skiriasi rūgščių ir šarmų charakteristikomis.
Tarp mechaninių kliūčių yra poklasių, priklausančių nuo agregacijos būsenos ir kitų migracijos srauto medžiagos savybių:
- mineralai ir izomorfinės priemaišos;
- ištirpusios dujos (garai);
- koloidinės sistemos;
- sintetinės kilmės junginiai;
- gyvūnai ir augalų organizmai.
Pavyzdžiai
Paprasti fizikinės ir cheminės klasės geocheminių barjerų pavyzdžiai yra šie:
- Drėgname klimate miškuose susidaro galingas nukritusių lapų kraikas. Išskirtinis požeminio vandens bruožas tokiomis sąlygomis yra tai, kad jame trūksta deguonies. Dėl to iš dirvožemio išplaunami cheminiai elementai, įskaitant manganą ir geležį. Jiems pasiekus paviršių, prasideda jų oksidacija, kai susidaro netirpūs hidroksidai (deguonies barjeras). Dėl šio mechanizmo susidaro vietinės sieros nuosėdos.
- Jei aukštesniame žemės sklype yra mineralų, kuriuose yra geležies ir kitų metalų sulfidų, telkinių, tai jų išplovimas natūraliais krituliais prisideda prie požeminio vandens susidarymo su rūgštine aplinkos reakcija. Žemumose, esant didelei drėgmei ir anaerobinėms (be deguonies) sąlygoms, sulfatai redukuojami iki sulfidų (sulfidinis barjeras). Vario, seleno ir urano telkiniai dažnai apsiriboja tokiu mechanizmu.
- Jei dirvožemis sudarytas iš kalkakmeniouolienų, tada drėgname klimate, veikiant irstančioms organinėms liekanoms, išplaunama geležis, nikelis, varis, kob altas ir kiti elementai. Kalkakmenis sukuria šarminį geocheminį barjerą, kuris padeda neutralizuoti rūgštinį požeminį vandenį ir formuoti netirpius hidroksidus.
Socialinės kliūtys
Šiuolaikinėje geochemijoje taip pat išskiriamas naujas poklasis – socialiniai geocheminiai barjerai. Jų skiriamasis bruožas yra tas, kad jie anksčiau nebuvo atsiradę natūraliomis sąlygomis tiems junginiams, kurie yra susitelkę į juos. Į šio poklasio kliūtis atsižvelgiama tik atsižvelgiant į žmogaus sukurtus arba sudėtingus geocheminius barjerus.
Tarp jų yra 4 poklasiai:
- buitinė (kietųjų arba skystų buitinių atliekų sąvartynai);
- statyba;
- pramoninis;
- mišrios užtvaros (statybinių, pramoninių ir buitinių atliekų sąvartynai).
