Механическая миграция

Предполагает перемещение элемента в пространстве без изменения формы его нахождения. Механическая миграция (механогенез) обусловлена работой рек, течений, ветра, ледников, вулканов, тектонических сил и других факторов. Характерное явление механогенеза – раздробление горных пород и минералов, ведущее к увеличению их дисперсности, растворимости, развитию сорбции и других поверхностных явлений. При диспергированиирезко увеличивается суммарная поверхность частиц. При диспергировании повышается и растворимость минералов. Важным фактором при мехоногенезе является плотность минералов, так как при миграции тяжёлые минералы ведут себя как частицы более крупного размера. Дальность механической миграции минералов в основном зависит от их податливости к химическому выветриванию и способности к истиранию.

Происходит миграция на склонах под воздействием силы тяжести. Могут участвовать отдельные обломки – обвалы и осыпи. При перемещении блоков пород со склонов – оползни. При перемещении переувлажнённого верхнего слоя пород – солифлюкция (в тундре, тропиках, на мерзлоте). Обвалы происходят на крутых склонах, бывает при внешних толчках. Обваливаются, в основном, блоки по трещинам. Происходит при определённом угле падения.

Миграция может происходить с водными и воздушными потоками. Механическая денудация с водными потоками – в русле, на склонах рек, в пойме. Происходит сильная дифференциация по составу, зависит от крупности, плотности и формы частиц. Образуются аллювиальные отложения.

Эоловые процессы, происходящие с воздушными потоками, протекают в тех местах, где породы не закреплены растительностью (в пустынях), образуются эоловые отложения. Механическая миграция может происходить с участием ледников и потоком талых вод. В результате образуются моренные и флювиогляциальные отложения.

Общая направленность механической миграции заключается в миграции с верхних элементов рельефа на нижние, с материков в море.

Барьеры образуются там, где скорость переноса снижается. Там и формируются отложения. //При резком уменьшении интенсивности механической миграции образуются механические барьеры, на которых концентрируются различные минералы. При удалении лёгких частиц водой, ветром, льдом происходит относительное накопление тяжёлых устойчивых минералов.

Газовая миграция имеет наибольшую активность. Различают восходящую и нисходящую. Восходящая миграция связана с выделением газов из недр Земли или дегазацией недр. Дегазация происходит на протяжении всей истории Земли, хотя с течением времени её темпы снижаются. Активно происходит при вулканических извержениях, имеет резко выраженную форму. Проявляется в виде так называемого «дыхания» - гелиевого, углекислого, метанового. Дегазация неравномерна, происходит в зонах разломов и развития вулканов.

В процессе взаимодействия с горными породами формируется состав подземной атмосферы. Состав надземной атмосферы отличается от подземной по качественным и количественным показателям. Надземная однородна из-за перемешивания, в подземной - ситуация другая.

Меняется количество газов в подземной атмосфере, например, есть природный газ в месторождениях. Состав газов подвержен изменениям и по вертикали, и по горизонтали.

Различают в подземной атмосфере газовый состав кристаллического фундамента (CO2 – 84%, N2 – 11%, H2 – 3%, серистые газы – 2%, H2S и SO2, CH4 – 0,2%), в пределах осадочного чехла газовый состав сильно изменён за счёт взаимодействия с органическим веществом горных пород из-за накопления продуктов неполного разложения отмершей органики. Среди газов осадочного чехла выделяютCH2 – 39%, CO2 – 27%, N2 – 26% и тяжёлые углеводороды – 6%, сернистые газы – 0,3%, водород 0,2%.

В процессе восходящей миграции газы входят в состав атмосферы надземной. Надземная атмосфера – наиболее значимая природная среда, характеризующаяся высокой скоростью процессов, в ней всё выравнивается за счёт перемешивания. N2 – 78,9%, O2 – 20,95%, Ar – 0,93%, CO2 – 0,0036%.

Газовый состав атмосферы претерпевает постоянные изменения. Современный газовый состав является результатом эволюции атмосферы. На ранних стадиях не было свободногоO2, преобладал CO2 и CH4. В мезозое (в Юре и раннем Мелу)O2 было в 1,5 больше.

Малые газовые составляющие: оксид серы и N2, водород, CH4, прочие инертные газы кроме Ar, NH4.

Газы в земной атмосфере подразделяются на газы физико-химического происхождения (дегазация недр), биогенные газы (O2, CO2, N2, H2S, CH4), техногенные газы и др.

По геохимчиеской роли выделяют активные (неорганические – окислители O2, O3, NO2, I2, H2O2, NO, восстановители H2S, H2, N2, N2O, CO, Hg, полярные газы CO2, H2O, HCl, HF, SO2, SO3, органические – CH4, C2H6 и др.), пассивные (Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn).

Биогенная миграция включает в себя образование живого вещества и разложение органических остатков. Образование живого вещества происходит главным образом в процессе фотосинтеза.

В результате этого процесса происходит превращение поглощаемой солнечной энергии в химическую энергию органических соединений горючих ископаемых.

При фотосинтезе происходит разделение, расщепление химически нейтральной среды, состоящей из воды и CO₂ на два противоположных: сильный окислитель O₂ и сильный восстановитель – органическое соединение.

В результате формируются геохимические обстановки – окислительная с кислородом и восстановительная с органическими веществами и геохимические барьеры между ними. Соответственно создаются предпосылки для накопления элементов на энергетических барьерах.

Неорганических веществ в природе примерно 3000, а органических – сотни тысяч. Синтез органического вещества означает резкое усложнение химического строения природной среды. Биогенная миграция появилась после того как на Земле возникла жизнь. По мере биологической эволюции происходила геохимическая эволюция.

Фотосинтез – важный, но не единственный процесс биогенной миграции.

 

Наряду с фотосинтезом, составной частью биогенной миграции является хемосинтез. Он осуществляется отельными видами бактерий, которые получают энергию за счёт определённых химических реакций, таких как восстановление серы, окисление аммиака, окисление азотистой кислоты, железа, марганца и других элементов.

Бактерии – хемосинтетики – первые организмы, появившиеся на Земле, существовали в условиях не пригодных для жизни. По современным представлениям сувщественную роль в образовании сульфидных рудных металлов сыграли сульфатредуцирующие бактерии.

Химические элементы участвуют в биогенной миграции не однородно. Живое вещество на 98,8% состоит из элементов кислород (70%), углерод (18%), водород (10,5%), азот (0,3%), остальные 1,2% - кальций, калий, сера, микроэлементы, в число которых входит ряд сидерофильных и халькофильных металлов и галогенов.

Содержание их небольшое, некоторые микроэлемнты могут иметь большое значение для организмов.

Доля элементов в живом веществе не равнозначна содержанию в литосфере. Существуют частные кларки элементов в биосфере.

 

Частный кларк в биосфере / кларк литосферы = коэффициент биофильности.

 

Самая большая биофильность у углерода (780), азота (160), водорода (70), кислорода (1,5) и хлора (1,1) У всех остальных элементов биофильность меньше 1. Самые маленькие у алюминия, железа и титана.

Различные уровни биофильности означают избирательное накопление биологически важных элементов. Биологическая миграция отличается от других видов миграции высокой изменчивостью в связи с эволюцией органической жизни.

Различные формы жизни нуждаются в различных элементах, поэтому в различные геологические эпохи периоды избирательно накапливались различные элементы.

В докембрии происходило биогенное накопление железа. Это был сезонный процесс, характеризующийся сложностью. 2-2,5 млрд. лет назад – кризис (сократилось поступление железа, в результате слои грунта и атмосферы стали непригодными для жизни прокариот, они вымерли.

Первая частьбиологической миграции – образование органического вещества.

Вторая часть – разложение органических остатков, это противоположный процесс, включающий в себя процесс химического разложения сложных соединений на более простые, окисление. Это происходит при активном участии микроорганизмов – редуцентов.

Разложение органического вещества может быть полным и неполным.

При полном разложении образуется углекислый газ, водяной пар, минеральные соли. Может происходить в кислородной атмосфере при достаточном освещении и высоких температурах.

Неполное разложение органического вещества – образование разнообразных углеводородов, углерода в форме угля и др. Оно протекает медленнее, чем полное, зависит от температуры, давления, химического состава среды, в которой протекает.

Важнейшие процессы в рамках неполного разложения:

1. Гумификация(невысокие температуры, давление);

2. Углефикация (в начале образование торфа, на следующих стадиях – бурый уголь, затем каменный).

Происходит в твёрдой фазе на месте образования твёрдых органических остатков.

Таким образом, образование жидких и газообразных углеводородов происходит при значительном давлении и температуре – 70-120°С. Образование углеводородов происходит также при условии осадконакопления, отсутствия кислорода и наличия рассеянного органического вещества. Уголь возникает, если органические отложения нарушены на значительную глубину, перекрыты мощной толщей осадков, находятся в зоне действия высоких давлений и др.