Александр Перельман - Биокосные системы Земли

Термодинамические барьеры ( Н ) — так автором названы участки концентрации химических элементов в местах резкого изменения температуры или давления. Наиболее изучены явления понижения давления в водах, богатых углекислым газом и ионом HCO 3 -.

Углекислые подземные воды широко распространены не только в биосфере, но и в земной коре в целом; часто они имеют высокую температуру, в них легко растворяются многие металлы, образующие бикарбонаты (известные только в растворе): Ca(HCO 3) 2, Fe(HCO 3) 2, Pb(HCO 3) 2и т. д. Точнее, надо сказать, что в воде находятся ионы металлов и HCO 3 -, например: Са 2++ HCO 3 -и т. д. При выходе таких вод на поверхность давление CO 2понижается, бикарбонаты переходят в труднорастворимые карбонаты. В результате на этом термодинамическом барьере происходит осаждение карбонатов:

Так образуются многие концентрации известковых туфов (травертинов). Например, к югу от Ленинграда расположено плато, сложенное известняками. Подземные воды в известняках насыщены бикарбонатом кальция, а в местах их выхода на поверхность отлагаются известковые туфы. Аналогичные явления известны во многих районах. Это преимущественно аномалии типа Н3 и Н7 .

Местами на H -барьере накапливаются грандиозные массы известняков. Всем, посещавшим Пятигорск, хорошо известна Горячая гора, на склонах которой и в наши дни выходят горячие углекислые сероводородные источники. Известняки, слагающие Горячую гору, отложились за геологическое время на термодинамическом барьере. Это тип H11 .

Интересный пример аномалии, сформировавшейся на термодинамическом барьере ( Н3 ), изучила Л. Д. Кудерина на полиметаллическом месторождении Жайрем в Центральном Казахстане. Рудные тела здесь приурочены к палеозойским отложениям и перекрыты толщей кайнозойских глин и песков. Глины разбиты разломами, в которых наблюдаются повышенные концентрации свинца и марганца. Кудерина предположила, что при образовании разломов по ним поднимались гидрокарбонатные воды, содержащие РЬ(HCO 3) 2и Mn(HCO 3) 2. Высокое содержание CO 2в водах связано с окислением сульфидных руд на глубине и взаимодействием образующейся H 2SO 4с вмещающими известняками: CaCO 3+ H 2SO 4→ CaSO 4+ H 2O + CO 2. В приповерхностной части разломов давление углекислого газа понижалось, карбонатное равновесие нарушалось, что и приводило к осаждению на термодинамическом барьере свинца и марганца (повышенное содержание марганца характерно для руд).

Техногенные геохимические барьеры. Барьеры возникают не только в ходе природных процессов, но и в результате хозяйственной деятельности человека. Например, при вскрытии угольных пластов шахтами нередко образуются сернокислые воды, так как многие угли содержат пирит. Этот «кислый водоотлив» шахт является важной технической проблемой, так как кислые воды разрушают металлические предметы в шахтах; поступая в реки, они губят рыбу. Но если на пути миграции шахтных вод поместить карбонатные породы, то на этом техногенном щелочном геохимическом барьере будут задержаны вредные соединения кислой природы, образуется искусственная геохимическая аномалия тина Д2 .

Многие металлургические и химические комбинаты, тепловые электростанции также имеют вредные отходы, которые могут быть задержаны на техногенных барьерах.

Таким образом, техногенные барьеры должны помочь борьбе с загрязнением окружающей среды. Их необходимо создавать вокруг промышленных предприятий, особенно с вредными выбросами, и таким путем локализовать загрязнение, не дать ему распространиться на значительную площадь.

Техногенные геохимические барьеры можно использовать и для создания искусственных месторождений полезных ископаемых. Человечество в этом отношении имеет некоторый опыт, так как уже в древности с помощью дамб отгораживали небольшие участки моря, где происходило усиленное испарение морской воды и осаждение поваренной соли. Вероятно, следует рассмотреть возможность образования искусственных месторождений полезных ископаемых и на других техногенных барьерах.

Науки, изучающие отдельные биокосные системы, возникли в разное время, нередко независимо друг от друга, на основе различной конкретной методологии. Вместе с тем объекты исследования всех этих наук относятся к одной группе природных явлений. Отсюда следует вывод о перспективности общего учения о биокосных системах, основы которого были заложены в трудах В. В. Докучаева, В. И. Вернадского, Б. Б. Полынова.

Автор стремился обобщить представления о биокосных системах, хорошо сознавая, что это только начало. Потребности практики, и в первую очередь решения проблем защиты окружающей среды, требуют дальнейшего развития учения о биокосных системах. Если это направление научной мысли заинтересует читателя и книга послужит толчком для новых исследований, то автор будет считать свою задачу выполненной.

Алекин О. А. Основы гидрохимии. Л., Гидрометеоиздат, 1970.

Анисимов Л. А. Закономерности распространения сероводорода в осадочной толще. — «Советская геология», 1970, № 3.

Арманд А. Д. Модели и информация в физической географии. М., «Знание», 1971.

Арманд Д. Л. Наука о ландшафте. М., «Мысль», 1976.

Базилевич Н. И. и Родин Л. Е. Географические закономерности продуктивности и круговорота химических элементов в основных типах растительности Земли. — В кн.: Общие теоретические проблемы биологической продуктивности. Л., «Наука», 1969.

Базилевич Н. И. Геохимия почв содового засоления. М., «Наука», 1965.

Беус А. А., Григорян С. В. Геохимические методы поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых. М., «Недра», 1975.

Берг Л. С. Географические зоны Советского Союза, т. 1—2. М., Географгиз, 1947—1952.

Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. Л., «Наука», 1971.

Биосфера и человек. М., «Наука», 1975.

Вернадский В. И. Избранные сочинения, т. I—V. М., Изд-во АН СССР, 1954-1960.

Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., «Наука», 1965.

Виноградов А. П. Введение в геохимию океана. М., «Наука», 1967.

Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах, изд. 2. М., Изд-во АН СССР, 1957.

Вильямс В. Р. Почвоведение, изд. 2. М., Сельхозгиз, 1936.

Влияние эпигенетических процессов на параметры коллекторов и покрышек в мезозойских отложениях Западно-Сибирской низменности. Л., «Недра», 1976.

Геохимия ландшафта. Сборник статей. М., «Наука», 1967.