Характерной особенностью легколетучих элементов и соединений в зоне гипергенеза является их способность к миграции не только в водных растворах гидросферы, но и в воздухе.

Колебания величины рН поверхностных водных растворов обычно огра­ничиваются в пределах от 3 до 9. Дождевые и речные воды, как правило, имеют нейтральную или близкую к ней среду (рН » 7). Наибольшей щелочностью в зоне гипергенеза характеризуются обогащенные сильными основаниями воды некоторых щелочных типов почв. Максимальная кислотность (рН = 5 - 3) свойственна водам торфяников, обогащенным органическими кислотами, и особенно природным водам, омывающим окисляющиеся сульфидные и угольные месторождения.

Кислые и слабокислые природные воды с рН < 6 наиболее благоприятны для миграции большинства металлов в ионной форме. В обычных незагрязненных природных водах, имеющих нейтральную реакцию, содержания металлов в ионной форме ничтожны. Вместе с тем, способность многих (особенно переходных металлов) образовывать комплексные ионы обеспечивает их миграцию в водной среде в нейтральной и щелочной обстановке.

Величина окислительно-восстановительного потенциала Eh является важной геохимической константой любого природного раствора, определяющей его способность к окислению или восста­новлению ионов. В растворах зоны гипергенеза эта способность обычно зависит от присутствия одного или нескольких компонентов, направляющих ход окислительно-восстановительных реак­ций данного раствора. К числу этих компонентов, называемых потенциалзадающими, в первую очередь относятся свободный кислород, органические соединения, сероводород, ионы трех- и двух­валентного железа и в меньшей степени ионы двух- и четырехвалентного марганца.

В окружающей человека среде многие химические элементы находятся в различной степени окисления. При этом использование большого числа элементов в состоянии чистых металлов или металлоидов резко увеличивает число химических элементов, находящихся на поверхности литосферы в нуле­вой степени окисления. Характерным примером может служить железо, исполь­зуемое человеком преимущественно в качестве металла. В природе металли­ческое железо (нулевая степень окисления элемента) встречается редко, главное значение имеет закисное (двухвалентное) и окисное (трехвалентное) железо. Различная степень окисления в окружающей среде свойственна также марганцу, кобальту, кислороду, азоту и многим другим химическим элементам таблицы Менделеева, имеющим переменную валентность.

Переход элемента из одной степени окисления в другую, в процессе окислительно-восстановительных реакций, сопровождается приобретением (восста­новлением) или отдачей (окислением) электронов. Следует иметь в виду, что большинство химических реакций, проходящих в зоне гипергенеза, со­провождаются передачей электронов и, таким образом, являются окислительно-восстановительными. При этом растворимость соединений химических элементов в зависимости от степени окисления может быть различна.

К примеру, ион железа в высшей степени окисления Fe³⁺ может мигрировать в растворенном виде лишь в сильно кислой среде, т.к. при рН > 3,2 происходит его осаждение в виде гидроксида железа Fe(OH)₃. Ион железа в низшей степени окисления Fe²⁺ может мигрировать в нейтральной и слабощелочной среде, поскольку осаждение гидроксида Fe(OH)₂ начинается при рН>7,2.

Воды зоны гипергенеза, содержащие в растворенном виде свободный кис­лород, обычно характеризуются колебаниями Еh от +0,150 до +0,700 В. В грунтовых водах с глубиной Еh уменьшается от значений, свойственных поверхностным кислородным водам, до тысячных долей вольта на глубине более 100—200 м. Наиболее низкие (ниже нуля) величины Еh свойственны восстановительным водам нефтяных залежей. В богатых органикой морских донных отложениях также отмечались значения Еh = -0,50 В, при которых ион водорода, присутствующий в растворе, способен восстанавливаться до атомарного водорода.

Следует отметить важную роль в процессах физико-химической миграции коллоидной формы и явления сорбции, которые играют ведущую роль в миграции и концентрации железа, алюминия, марганца, а также многих микроэлементов в зоне гипер­генеза.

Следует отметить, что коллоиды обладают способностью сорбировать из водных растворов ионы и молекулы даже в случае их ничтожного содержания, не достигающего произведения растворимости, при котором происходит осаждение этих элементов в виде нерастворимых соединений.

Сорбентами-носителями микроэлементов в поверхностных и грунтовых водах могут быть тонкодисперсные взвеси глинистых минералов, гумусовые органи­ческие коллоиды, гидроокислы железа, алюминия, марганца, кремния и др. Выпадение микроэлемента в осадок на путях водной миграции очень часто не зависит от его произведения растворимости или содержания в растворе, а определяется осаждением сорбента-носителя этого микроэле­мента. Для подавляющего большинства микроэлементов, концентрация кото­рых в водах зоны гипергенеза очень мала и почти никогда не достигает значений, необходимых для выпадения соединений этих элементов из раствора, сорбционное осаждение вместе с сорбентом-носителем является основным путем их удаления из миграционного потока.

Биологическая миграция химических элемен­тов является исключительной особенностью биосферы. Обычно выделяют три главные стадии цикла биогеохимической миграции:

• разложение горных пород под влиянием биогенных факторов с образованием растворимых соединений ряда элементов;
• извлечение из воздуха и водных растворов биоген­ных элементов, а также микроэлементов-примесей и накопление их в организме;
• накопление, разложение и минерализация отмерших органических остатков.

Находясь в непрерывном обмене с атмосферой и гидросферой (а через нее и с литосферой), живые организмы помимо комплекса обычных биогенных элементов О, Н, С, N, Р. Са, Мg накапливают разнообразные микроэлементы, набор которых зависит как от жизненных потребностей организма, так и от геохимических особенностей среды, с которой происходит обмен.

Особую роль с этой точки зрения играют растения, которые развиваются в тесном геохимическом взаимодействии с почвами и подстилающими их породами. Извлекая питающие растворы из почв, растения накапливают определенные микроэлементы и, от­мирая, обогащают ими поверхностные почвенные горизонты. В результате многократного повторения биогенных циклов накопление микроэлементов в верхних горизонтах почв может быть достаточно значительным, что в, ряде случаев позволяет по особенностям их распределения судить о специфике состава подстилающих пород, а также о наличии в них необычно высоких концентраций тех или иных микроэлементов.

Техногенная (социальная) миграция, связанная с общественными процессами в человеческом обществе. К ней относится отработка месторождений полезных ископаемых, нефтепроводы, экспорт и импорт и т.д. Она определяется социальными законо­мерностями, хотя ей присущи и все более простые формы движения.

Значение видов миграции для разных элементов неодинаково. К примеру, для калия К и фосфора Р особен­но большую роль играет биогенная миграция, для натрия Nа и хлора С1 - физико-химическая, а для титана Тi, золота Аu, платины Рt, олова Sn - механическая.

В разных природных ландшафтах соотношение видов миграции также не одинаково [4]. Если в пустынях возрастает роль механической миграции, то во влажных тропи­ках — физико-химической и биогенной. Свинец Pb и вольфрам W в пустынях мигрируют преимущественно механическим путем, во влажных тропиках - в растворах.

Но все же каждый элемент попа­дает и в живые организмы, и в воды, перемещается механическим путем, а многие образуют и газообразные соединения. Поэтому виды миграции не существуют изолированно. Они тесно связаны и взаимообусловлены. Ведущее значение имеет высший, более сложный вид мигра­ции.

Например, в степных и таежных ландшафтах главной является биогенная миграция, хотя здесь протекают и физико-химические и механические процессы. Аналогично геохимические черты городских ландшафтов определяются техногенной миграцией, социальными процес­сами, хотя для городов характерны и все остальные виды миграции.

В целом геохимическая миграция - неразрывный комплекс процессов, приводящих к перераспределению химических элементов в природных телах. Он включает в себя:

• перевод химических элементов в такое структурное состояние, которое обеспечивает их подвижность в данных внешних условиях;
• транспортировку элементов в физических и химических градиентных полях природных сил;
• осаждение и концентрирование химических элементов при взаимодействии с веществом транспортирующего потока или вмещающей его природной системой;
• перевод осажденных химических элементов в неподвижное для данных внешних условий структурное состояние.

Процесс рассеивания элементов обусловлен их разбавлением или осаждением из транспортирующих потоков. Процесс концентрирования химических элементов происходит на геохимических барьерах.

Вся система от источника поставки химических элементов до геохимического барьера может быть названа миграционным потоком или цепью распространения химических элементов.