Pojem geochemická bariéra sa spája so znečistením životného prostredia spôsobeným človekom v dôsledku migrácie chemikálií spolu so zrážkami, podzemnými alebo povrchovými vodnými tokmi. Koncentrácia škodlivých zlúčenín môže dosiahnuť triedu nebezpečnosti 1 a ich maximálne prípustné hodnoty môžu byť niekoľkonásobne prekročené, čo vedie k výskytu geochemických anomálií v podzemných vodách a nádržiach aj vo veľkých vzdialenostiach od zdroja znečistenia. Štúdie geochemických bariér poskytli nové informácie o možnosti zníženia mobility toxických zlúčenín.
Definícia
Pojem „geochemická bariéra“prvýkrát zaviedol ruský vedec AI Perelman. Jeho podstata spočíva v označení oblasti zemskej kôry, kde dochádza k prudkému poklesu intenzity migrácie a koncentrácie chemikálií. V dôsledku toho prechádzajú zo stavu technogénnej disperzie do stabilných minerálnych asociácií. Tieto zábrany sú zvyknutéchrániť životné prostredie pred priemyselným znečistením.
Táto teória sa najčastejšie používa v ekológii, geológii, geochémii krajiny, oceánov a morí. Jednoduchým príkladom bariéry je migrácia podzemnej vody nasýtenej iónmi železa. Pod zemou je tento prvok takmer úplne rozpustený v kvapaline. Po dosiahnutí povrchu sa železo oxiduje pod vplyvom kyslíka a kov sa vyzráža vo forme soli, to znamená, že prechádza do minerálnej fázy. Rovnaký jav sa pozoruje, keď sa roztok železa prepravuje cez vodovodné potrubie. V tomto prípade hovoria o človekom vytvorenej bariére.
Geochemické bariéry a ich klasifikácia
Bariéry sa vyznačujú niekoľkými vlastnosťami:
- Podľa pôvodu (genetická klasifikácia): prírodný; technogénne (vznikajúce v procese ľudskej činnosti); prírodné-technogénne.
- Podľa veľkosti: makrogeochemické bariéry, v ktorých dochádza k poklesu migračných procesov vo vzdialenostiach rádovo tisícov metrov; mezobariéry (od niekoľkých metrov do 1 km); mikrobariéry (od niekoľkých milimetrov do niekoľkých metrov).
- Podľa povahy pohybu látok: bilaterálne - migrácia tokov z rôznych strán, v bariére sa môžu ukladať rôzne typy asociácií (zobrazené na obrázku nižšie); bočné (subhorizontálne); mobilné; radiálne (subvertikálne).
- Podľa spôsobu vstupu látok: difúzia; infiltrácia.
Prírodné a človekom vytvorené typy
Medzi vyššie uvedenými typmi geochemických bariér sa rozlišujú tieto triedy:
- Mechanické. Počas migrácie látok sa ich fáza nemení, ale pohybujú sa (najčastejšie v rámci biosféry). Príkladom je váľanie sa trosiek po svahoch hôr.
- Fyzikálno-chemické. Bariéry vznikajú v dôsledku zmien fyzikálno-chemického prostredia. V súčasnosti je táto trieda javov najviac študovaná a systematizovaná (jej popis je uvedený nižšie).
- Biogeochemické (fytobariéry a zoobariéry). Charakterizuje ich zmena formy štátu a malá cesta migrácie. Najčastejšie je takáto bariéra spojená s akumuláciou chemických prvkov v dôsledku životnej činnosti zvierat a rastlín. Táto trieda zahŕňa prírodné aj človekom vytvorené geochemické bariéry (migrácia odpadu na poľnohospodárskej pôde a pastvinách).
Komplexné bariéry
Keď sa v priestore navrství niekoľko tried týchto javov, vznikne zložitá geochemická bariéra, ktorá je izolovaná do samostatnej nezávislej kategórie. Vedci sa domnievajú, že v prírodných podmienkach takéto bariéry zaujímajú jedno z popredných miest. Príkladom je kombinácia kyslíkových a sorpčných bariér v horských oblastiach:
- pramene vyvierajúce na povrch zeme v glejových horizontoch sú nasýtené rozpustenými hydroxidmi železitými, ktoré sú oxidované vplyvom atmosférického vzduchu (kyslíková bariéra);
- zrážacie koloidy sú dobré sorbenty pre ostatnýchchemické zlúčeniny;
- v dôsledku toho sa vytvorí druhá sorpčná bariéra.
O veľkej úlohe komplexných bariér svedčí aj fakt, že vďaka nim vzniklo množstvo nerastných ložísk.
Rôzne fyzikálne a chemické bariéry
Rozlišujú sa nasledujúce typy fyzikálnych a chemických bariér:
- Kyslík. K oxidácii dochádza v prítomnosti veľkého množstva voľného kyslíka vo vodách približujúcich sa k bariére.
- Sulfid (sírovodík). Zrážanie látok pri reakcii s H2S.
- Gley. Táto bariéra je charakterizovaná redukčnou reakciou (bez voľného kyslíka a sírovodíka).
- Alkalické. V dôsledku poklesu kyslosti dochádza k tvorbe hydroxidov a uhličitanov, ktoré sa vyzrážajú na nerozpustnú zrazeninu.
- Kyselina. S poklesom pH sa pozoruje tvorba ťažko rozpustných solí.
- Vyparuje sa. Koncentrácia migrujúcich látok sa zvyšuje v dôsledku odparovania vody a kryštalizácie solí.
- Sorpcia. Dochádza k extrakcii určitých látok vďaka prírodným sorbentom (íl, humus a iné).
- Termodynamické. Zvyšovanie koncentrácie a zrážania látok s prudkým kolísaním tlaku a teploty. Tento proces je najvýraznejší vo vodách obsahujúcich kyselinu uhličitú.
Podtriedy
V skupine fyzikálnych a chemických bariér existuje aj gradácia podľa podtried. Celkomje ich 69. Líšia sa acidobázickými charakteristikami pre každý typ bariér.
Mezi mechanické bariéry existujú podtriedy v závislosti od stavu agregácie a iných charakteristík látky v migračnom toku:
- minerály a izomorfné nečistoty;
- rozpustené plyny (para);
- koloidné systémy;
- zlúčeniny syntetického pôvodu;
- zvieratá a rastlinné organizmy.
Príklady
Jednoduché príklady geochemických bariér fyzikálno-chemickej triedy sú nasledovné:
- Vo vlhkom podnebí v lesoch sa tvorí mohutná podstielka opadaného lístia. Charakteristickým znakom podzemnej vody v takýchto podmienkach je, že je chudobná na kyslík. V dôsledku toho sa z pôdy vyplavujú chemické prvky vrátane mangánu a železa. Keď sa dostanú na povrch, ich oxidácia začína tvorbou nerozpustných hydroxidov (kyslíková bariéra). Tento mechanizmus vedie k tvorbe prirodzených ložísk síry.
- Ak sa na vyvýšenom pozemku nachádzajú ložiská nerastov s obsahom sulfidov železa a iných kovov, tak ich vymývanie prirodzenými zrážkami prispieva k tvorbe podzemných vôd s kyslou reakciou prostredia. V nížinách sa pri vysokej vlhkosti a anaeróbnych (bezkyslíkových) podmienkach redukujú sírany na sulfidy (sulfidová bariéra). Ložiská medi, selénu a uránu sú často obmedzené na takýto mechanizmus.
- Ak je pôda zložená z vápencahorniny, následne vo vlhkom podnebí vplyvom rozkladajúcich sa organických zvyškov dochádza k vylúhovaniu železa, niklu, medi, kob altu a iných prvkov. Vápence vytvárajú alkalickú geochemickú bariéru, ktorá pomáha neutralizovať kyslé podzemné vody a vytvárať nerozpustné hydroxidy.
Sociálne bariéry
V modernej geochémii sa rozlišuje aj nová podtrieda – sociálne geochemické bariéry. Ich charakteristickým znakom je, že predtým nevznikli v prírodných podmienkach pre tie zlúčeniny, ktoré sú na nich sústredené. Bariéry tejto podtriedy sa berú do úvahy iba v kontexte umelých alebo zložitých geochemických bariér.
Medzi nimi sú 4 podtriedy:
- domácnosť (skládky tuhého alebo tekutého odpadu z domácností);
- construction;
- industrial;
- zmiešané bariéry (skládky stavebného, priemyselného a domáceho odpadu).
