Het concept van een geochemische barrière wordt geassocieerd met door de mens veroorzaakte vervuiling van het milieu als gevolg van de migratie van chemicaliën samen met neerslag, ondergrondse of oppervlaktewaterstromen. De concentratie van schadelijke verbindingen kan gevarenklasse 1 bereiken en hun maximaal toelaatbare waarden kunnen meerdere keren worden overschreden, wat leidt tot het optreden van geochemische afwijkingen in grondwater en reservoirs, zelfs op grote afstanden van de bron van vervuiling. Onderzoek naar geochemische barrières heeft nieuwe informatie opgeleverd over de mogelijkheid om de mobiliteit van giftige stoffen te verminderen.
Definitie
De term 'geochemische barrière' werd voor het eerst geïntroduceerd door de Russische wetenschapper AI Perelman. De essentie ervan ligt in de aanduiding van het gebied van de aardkorst, waar de intensiteit van migratie en de concentratie van chemicaliën sterk afneemt. Als gevolg hiervan gaan ze van de staat van technogene dispersie over naar stabiele minerale associaties. Deze barrières worden gebruikt ombescherm het milieu tegen industriële vervuiling.
Deze theorie wordt het meest gebruikt in de ecologie, geologie, geochemie van landschappen, oceanen en zeeën. Een eenvoudig voorbeeld van een barrière is de migratie van met ijzerionen verzadigd grondwater. Onder de grond is dit element bijna volledig opgelost in de vloeistof. Bij het bereiken van het oppervlak wordt ijzer onder invloed van zuurstof geoxideerd en het metaal slaat neer in de vorm van een zout, dat wil zeggen dat het overgaat in de minerale fase. Hetzelfde fenomeen wordt waargenomen wanneer ijzeroplossing door waterleidingen wordt getransporteerd. In dit geval spreken ze van een door mensen gemaakte barrière.
Geochemische barrières en hun classificatie
Barrières onderscheiden zich door verschillende kenmerken:
- Naar oorsprong (genetische classificatie): natuurlijk; technogeen (ontstaan in het proces van menselijke activiteit); natuurlijk-technologisch.
- Op grootte: macrogeochemische barrières, waarbij een afname van migratieprocessen optreedt op afstanden in de orde van grootte van duizenden meters; mesobarriers (van enkele meters tot 1 km); microbarrières (van enkele millimeters tot enkele meters).
- Door de aard van de verplaatsing van stoffen: bilateraal - migratie van stromen van verschillende kanten, kunnen verschillende soorten associaties in de barrière worden afgezet (getoond in de onderstaande afbeelding); lateraal (subhorizontaal); mobiel; radiaal (sub-verticaal).
- Volgens de manier waarop stoffen binnenkomen: diffusie; infiltratie.
Natuurlijke en door de mens gemaakte soorten
Onder de bovengenoemde typen geochemische barrières worden de volgende klassen onderscheiden:
- Mechanisch. Tijdens de migratie van stoffen verandert hun fase niet, maar ze bewegen (meestal binnen de biosfeer). Een voorbeeld is het rollen van puin langs de hellingen van bergen.
- Fysisch-chemisch. Barrières ontstaan als gevolg van veranderingen in de fysisch-chemische omgeving. Op dit moment is deze klasse van verschijnselen het meest bestudeerd en gesystematiseerd (de beschrijving wordt hieronder gegeven).
- Biogeochemical (fytobarrières en zoobarrières). Ze worden gekenmerkt door een verandering in de vorm van de staat en een klein migratiepad. Meestal wordt een dergelijke barrière geassocieerd met de ophoping van chemische elementen als gevolg van de vitale activiteit van dieren en planten. Deze klasse omvat zowel natuurlijke als door de mens gemaakte geochemische barrières (afvalmigratie op landbouwgrond en weiden).
Complexe barrières
Wanneer verschillende klassen van deze verschijnselen in de ruimte worden gesuperponeerd, ontstaat er een complexe geochemische barrière, die wordt geïsoleerd in een afzonderlijke onafhankelijke categorie. Wetenschappers zijn van mening dat dergelijke barrières in natuurlijke omstandigheden een van de leidende plaatsen innemen. Een voorbeeld is de combinatie van zuurstof- en sorptiebarrières in bergachtige gebieden:
- bronnen die in gley-horizons naar het aardoppervlak stijgen, zijn verzadigd met opgeloste ijzerhydroxiden, die worden geoxideerd onder invloed van atmosferische lucht (zuurstofbarrière);
- precipiterende colloïden zijn goede sorptiemiddelen voor anderenchemische verbindingen;
- als resultaat wordt een tweede sorptiebarrière gevormd.
De grote rol van complexe barrières blijkt ook uit het feit dat hierdoor veel minerale afzettingen zijn gevormd.
Verschillende fysieke en chemische barrières
De volgende soorten fysieke en chemische barrières worden onderscheiden:
- Zuurstof. Oxidatie vindt plaats in aanwezigheid van een grote hoeveelheid vrije zuurstof in het water dat de barrière nadert.
- Sulfide (waterstofsulfide). Neerslag van stoffen in reactie met H2S.
- Gley. Deze barrière wordt gekenmerkt door een reducerende reactie (zonder vrije zuurstof en waterstofsulfide).
- Alkaline. Als gevolg van de afname van de zuurgraad, de vorming van hydroxiden en carbonaten, die neerslaan in een onoplosbaar neerslag.
- Zuur. Bij een verlaging van de pH wordt de vorming van slecht oplosbare zouten waargenomen.
- Verdamping. De concentratie van migrerende stoffen neemt toe door verdamping van water en zoutkristallisatie.
- Sorptie. Er is een extractie van bepaalde stoffen door natuurlijke sorptiemiddelen (klei, humus en andere).
- Thermodynamisch. Verhogen van de concentratie en neerslag van stoffen met een sterke fluctuatie in druk en temperatuur. Dit proces is het meest uitgesproken in wateren die koolzuur bevatten.
Subklassen
Onder de groep van fysieke en chemische barrières is er ook een gradatie per subklasse. Totaaler zijn er 69. Ze verschillen in zuur-base-eigenschappen voor elk type barrière.
Onder de mechanische barrières zijn er subklassen, afhankelijk van de aggregatietoestand en andere kenmerken van de stof in de migratiestroom:
- mineralen en isomorfe onzuiverheden;
- opgeloste gassen (stoom);
- colloïdale systemen;
- verbindingen van synthetische oorsprong;
- dieren en plantaardige organismen.
Voorbeelden
Eenvoudige voorbeelden van geochemische barrières van de fysisch-chemische klasse zijn als volgt:
- In een vochtig klimaat in de bossen wordt een krachtig nest van gevallen bladeren gevormd. Een onderscheidend kenmerk van grondwater onder dergelijke omstandigheden is dat het zuurstofarm is. Hierdoor worden chemische elementen uit de bodem uitgeloogd, waaronder mangaan en ijzer. Wanneer ze het oppervlak bereiken, begint hun oxidatie met de vorming van onoplosbare hydroxiden (zuurstofbarrière). Dit mechanisme leidt tot de vorming van natuurlijke zwavelafzettingen.
- Als er afzettingen zijn van mineralen die sulfiden van ijzer en andere metalen bevatten op een hoger gelegen stuk land, dan draagt hun uitspoeling door natuurlijke neerslag bij aan de vorming van grondwater met een zure reactie van de omgeving. In laaglanden, onder hoge vochtigheid en anaërobe (zuurstofvrije) omstandigheden, worden sulfaten gereduceerd tot sulfiden (sulfidebarrière). Afzettingen van koper, selenium en uranium zijn vaak beperkt tot een dergelijk mechanisme.
- Als de grond uit kalksteen bestaatrotsen, dan worden in een vochtig klimaat, onder invloed van rottende organische resten, ijzer, nikkel, koper, kob alt en andere elementen uitgeloogd. Kalkstenen creëren een alkalische geochemische barrière die helpt om zuur grondwater te neutraliseren en onoplosbare hydroxiden te vormen.
Sociale barrières
In de moderne geochemie wordt ook een nieuwe subklasse onderscheiden: sociale geochemische barrières. Hun onderscheidende kenmerk is dat ze niet eerder zijn ontstaan in natuurlijke omstandigheden voor die verbindingen die erop zijn geconcentreerd. Barrières van deze subklasse worden alleen beschouwd in de context van door de mens gemaakte of complexe geochemische barrières.
Onder hen zijn er 4 subklassen:
- huishouden (stortplaatsen van vast of vloeibaar huishoudelijk afval);
- constructie;
- industrieel;
- gemengde barrières (stortplaatsen voor bouw-, industrieel en huishoudelijk afval).
