Ģeoķīmiskās barjeras jēdziens ir saistīts ar cilvēka radītu vides piesārņojumu ķīmisko vielu migrācijas rezultātā kopā ar nokrišņiem, pazemes vai virszemes ūdens plūsmām. Kaitīgo savienojumu koncentrācija var sasniegt 1. bīstamības klasi, un to maksimāli pieļaujamās vērtības var tikt pārsniegtas vairākas reizes, kas noved pie ģeoķīmisko anomāliju rašanās gruntsūdeņos un rezervuāros pat lielos attālumos no piesārņojuma avota. Ģeoķīmisko barjeru pētījumi ir snieguši jaunu informāciju par iespēju samazināt toksisko savienojumu mobilitāti.
Definīcija
Terminu "ģeoķīmiskā barjera" pirmo reizi ieviesa krievu zinātnieks AI Perelmans. Tās būtība ir zemes garozas apgabala noteikšanā, kur krasi samazinās migrācijas intensitāte un ķīmisko vielu koncentrācija. Rezultātā tie pāriet no tehnogēnas dispersijas stāvokļa uz stabilām minerālu asociācijām. Šīs barjeras ir pieradušasaizsargāt vidi no rūpnieciskā piesārņojuma.
Šo teoriju visplašāk izmanto ekoloģijā, ģeoloģijā, ainavu, okeānu un jūru ģeoķīmijā. Vienkāršs barjeras piemērs ir ar dzelzs joniem piesātināto gruntsūdeņu migrācija. Zem zemes šis elements ir gandrīz pilnībā izšķīdis šķidrumā. Sasniedzot virsmu, dzelzs skābekļa ietekmē oksidējas, un metāls izgulsnējas sāls veidā, tas ir, pāriet minerālfāzē. Tāda pati parādība tiek novērota, transportējot dzelzs šķīdumu pa ūdensvadiem. Šajā gadījumā viņi runā par cilvēka radītu barjeru.
Ģeoķīmiskās barjeras un to klasifikācija
Barjeras izceļas ar vairākām iezīmēm:
- Pēc izcelsmes (ģenētiskā klasifikācija): dabiska; tehnogēns (rodas cilvēka darbības procesā); dabiski tehnogēni.
- Pēc izmēra: makroģeoķīmiskās barjeras, kurās notiek migrācijas procesu samazināšanās tūkstoš metru attālumā; mezobarjeras (no vairākiem metriem līdz 1 km); mikrobarjeras (no dažiem milimetriem līdz vairākiem metriem).
- Pēc vielu kustības rakstura: divpusējs - plūsmu migrācija no dažādām pusēm, barjerā var nogulsnēties dažāda veida asociācijas (parādīts attēlā zemāk); sānu (subhorizontāli); mobilais; radiāls (subvertikāls).
- Atbilstoši vielu iekļūšanas veidam: difūzija; iefiltrēšanās.
Dabiski un cilvēka radīti tipi
Starp iepriekšminētajiem ģeoķīmisko barjeru veidiem izšķir šādas klases:
- Mehāniski. Vielu migrācijas laikā to fāze nemainās, bet pārvietojas (visbiežāk biosfēras ietvaros). Piemērs ir gružu ripināšana pa kalnu nogāzēm.
- Fizikāli ķīmiskā. Šķēršļi rodas fizikāli ķīmiskās vides izmaiņu rezultātā. Šobrīd šī parādību klase ir visvairāk pētīta un sistematizēta (tās apraksts sniegts zemāk).
- Bioģeoķīmiskā (fitobarjeras un zoobarjeras). Tiem raksturīga valsts formas maiņa un neliels migrācijas ceļš. Visbiežāk šāda barjera ir saistīta ar ķīmisko elementu uzkrāšanos dzīvnieku un augu dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultātā. Šajā klasē ietilpst gan dabiskas, gan cilvēka radītas ģeoķīmiskās barjeras (atkritumu migrācija uz lauksaimniecības zemēm un ganībām).
Sarežģīti šķēršļi
Kad vairākas šo parādību klases tiek uzklātas kosmosā, rodas sarežģīta ģeoķīmiskā barjera, kas tiek izolēta atsevišķā neatkarīgā kategorijā. Zinātnieki uzskata, ka dabas apstākļos šādas barjeras ieņem vienu no vadošajām vietām. Piemērs ir skābekļa un sorbcijas barjeru kombinācija kalnu apgabalos:
- avoti, kas paceļas uz zemes virsmu gleju horizontos, ir piesātināti ar izšķīdušiem dzelzs hidroksīdiem, kas atmosfēras gaisa ietekmē oksidējas (skābekļa barjera);
- nogulsnējošie koloīdi ir labi sorbenti citiemķīmiskie savienojumi;
- Rezultātā veidojas otra sorbcijas barjera.
Par sarežģīto barjeru lielo lomu liecina arī tas, ka to dēļ izveidojās daudzas derīgo izrakteņu atradnes.
Fizikālo un ķīmisko barjeru dažādība
Izšķir šādus fizisko un ķīmisko barjeru veidus:
- Skābeklis. Oksidācija notiek liela daudzuma brīvā skābekļa klātbūtnē ūdeņos, kas tuvojas barjerai.
- Sulfīds (sērūdeņradis). Vielu nogulsnēšanās, reaģējot ar H2S.
- Gley. Šo barjeru raksturo reducējoša reakcija (bez brīvā skābekļa un sērūdeņraža).
- Sārmains. Skābuma samazināšanās rezultātā veidojas hidroksīdi un karbonāti, kas izgulsnējas nešķīstošās nogulsnēs.
- Skābe. Pazeminoties pH, tiek novērota slikti šķīstošu sāļu veidošanās.
- Iztvaikojošs. Migrējošo vielu koncentrācija palielinās ūdens iztvaikošanas un sāls kristalizācijas dēļ.
- Sorbcija. Dabisko sorbentu (mālu, humusu un citu) dēļ notiek noteiktu vielu ekstrakcija.
- Termodinamiskā. Vielu koncentrācijas un izgulsnēšanās palielināšana ar krasām spiediena un temperatūras svārstībām. Šis process ir visizteiktākais ūdeņos, kas satur ogļskābi.
Apakšklases
Fizikālo un ķīmisko barjeru grupā ir arī gradācija pa apakšklasēm. Kopāto ir 69. Katram barjeru veidam tie atšķiras pēc skābju-bāzes īpašībām.
Starp mehāniskajām barjerām ir apakšklases atkarībā no agregācijas stāvokļa un citām vielas īpašībām migrācijas plūsmā:
- minerālvielas un izomorfie piemaisījumi;
- izšķīdušās gāzes (tvaiks);
- koloidālās sistēmas;
- sintētiskas izcelsmes savienojumi;
- dzīvnieki un augu organismi.
Piemēri
Fizikālķīmiskās klases ģeoķīmisko barjeru vienkārši piemēri ir šādi:
- Mitrā klimatā mežos veidojas spēcīgs kritušo lapu metiens. Gruntsūdeņu īpatnība šādos apstākļos ir skābekļa trūkums. Tā rezultātā no augsnes tiek izskaloti ķīmiskie elementi, tostarp mangāns un dzelzs. Kad tie sasniedz virsmu, to oksidēšanās sākas ar nešķīstošu hidroksīdu veidošanos (skābekļa barjeru). Šis mehānisms izraisa vietējo sēra nogulšņu veidošanos.
- Ja uz paaugstināta zemes gabala atrodas dzelzs un citu metālu sulfīdus saturošu derīgo izrakteņu atradnes, tad to izskalošanās ar dabīgiem nokrišņiem veicina gruntsūdeņu veidošanos ar vides skābu reakciju. Zemienēs augsta mitruma un anaerobos (bez skābekļa) apstākļos sulfāti tiek reducēti līdz sulfīdiem (sulfīdu barjera). Vara, selēna un urāna nogulsnes bieži aprobežojas ar šādu mehānismu.
- Ja augsne sastāv no kaļķakmensieži, tad mitrā klimatā, trūdošo organisko atlieku ietekmē izskalojas dzelzs, niķelis, varš, kob alts un citi elementi. Kaļķakmeņi veido sārmainu ģeoķīmisko barjeru, kas palīdz neitralizēt skābos gruntsūdeņus un veido nešķīstošus hidroksīdus.
Sociālie šķēršļi
Mūsdienu ģeoķīmijā tiek izdalīta arī jauna apakšklase - sociālās ģeoķīmiskās barjeras. To atšķirīgā iezīme ir tāda, ka tie iepriekš nav radušies dabiskos apstākļos tiem savienojumiem, kas uz tiem ir koncentrēti. Šīs apakšklases barjeras tiek ņemtas vērā tikai cilvēka radītu vai sarežģītu ģeoķīmisko barjeru kontekstā.
Starp tām ir 4 apakšklases:
- saimniecība (cieto vai šķidro sadzīves atkritumu poligoni);
- būvniecība;
- industriālā;
- jauktās barjeras (celtniecības, rūpniecības un sadzīves atkritumu poligoni).
