Александр Перельман - Биокосные системы Земли

• Название: Биокосные системы Земли
• Автор: Александр Перельман
• Издательство: Наука
• Жанр: Экология
• Год: 1977

Живые организмы и неорганическая (косная) материя на Земле тесно связаны между собой и образуют в совокупности различные сложные природные системы, которые В. И. Вернадский назвал биокосными. В книге биокосные системы рассмотрены с позиций геохимии.

Характеризуя почвы, подземные воды, биосферу и другие биокосные системы, автор рассказывает не только о том, как перемещаются атомы в этих системах, но и как происходит при этом превращение энергии, изменение информации. В последнее десятилетие изучение биокосных систем приобрело особенно большое значение в связи с проблемой охраны природы и загрязнения окружающей среды. Этим вопросам также уделено внимание.

---

На участках нефтяных залежей также нередко наблюдаются глубокие разломы, по которым глубинные «нефтяные воды» поступают к поверхности. В геохимическом отношении эти воды очень своеобразны — часто обогащены йодом и бромом, органическими веществами, содержат мало сульфатов, которые съедены бактериями. Поэтому и в солончаках над нефтяными залежами мало гипса, сравнительно много йода, органических веществ нефтяного происхождения (нафтеновые кислоты и пр.). Аномалии относятся к типам F7, F8, F11 и F12. Отсюда естествен вывод, что геохимическое изучение солончаков в степях и пустынях может помочь искать нефтяные залежи.

Такой почвенно-геохимический метод поисков нефти был разработан в 50-х годах советским почвоведом В. А. Ковдой. Например, исследования в районе месторождения Нефтечала показали, что в солончаках над нефтяной залежью по сравнению с другими солончаками преобладают хлориды, мало гипса, почва в два раза богаче йодом и т. д. Дальнейшее совершенствование этого метода и его практическое применение весьма актуальны, особенно в связи с большим объемом поисковых работ в Средней Азии и других аридных районах.

Особый характер приобретают испарительные барьеры в степях и пустынях с действующими вулканами или там, где вулканизм развивался в недавние геологические времена — четвертичном или неогеновом периодах (приблизительно до 25 млн. лет назад, что составляет менее 1% всего периода геологической истории). В таких районах местами распространены глубинные щелочные горячие воды, содержащие повышенные количества бора, лития, мышьяка, вольфрама и других ценных элементов. В местах испарения таких вод солончаки обогащены многими рудными элементами; образуются целые промышленные месторождения. Особую славу в этом отношении приобрел солончак (соленое озеро) Сёрлз в Калифорнии (США), рассолы которого содержат литий, бор, калий, бром, вольфрам, мышьяк, фтор, сурьму и другие редкие элементы. Эта аномалия относится к типу F12.

Мы рассказали о современных испарительных барьерах, о геохимических аномалиях, образующихся в настоящее время. Но в сухих степях и пустынях встречаются и древние аномалии, которые формировались сотни тысяч и миллионы лет назад. Изучение таких аномалий также необходимо для решения различных практических вопросов.

Читатель уже знает, что в Казахстане широко распространена кислая выщелоченная древняя кора выветривания, которая формировалась более 100 млн. лет назад в мезозойскую эру. В то время на месте современных степей и пустынь росли влажные тропические леса, развивалось кислое выщелачивание. Из коры выветривания выносились не только кальций, магний и другие макроэлементы, но и многие рудные микроэлементы, как, например, медь, цинк, свинец. Поэтому при геохимических поисках в районах развития древней коры выветривания пробы, взятые на анализ из коры, показывают очень низкое содержание металлов. Но иногда наблюдается и более высокое содержание, например для молибдена, стронция, цинка. Естественно, возникает вопрос: что, это указатель на залегающие на глубине руды или же опять безрудная аномалия?

Исследования Н. А. Шмельковой показали, что часто в местах повышенного содержания микроэлементов древняя кора обогащена гипсом и легкорастворимыми солями. Было доказано, что древняя кора через много десятков миллионов лет после своего образования подверглась процессам засоления. Геологические факты свидетельствуют, что в Казахстане влажный климат в неогене сменился засушливым и там, где 150 млн. лет назад были тропические леса, 10—15 млн. лет назад господствовала саванна, напоминающая современные ландшафты Нигера, Мали и других стран Африки. В неогеновых отложениях обнаружены остатки жираф, носорогов и прочих представителей фауны саванн. Таким образом, древнее засоление еще более древней коры выветривания привело к накоплению в ней молибдена и других микроэлементов. Следовательно, при геохимических поисках надо отличать засоленную кору выветривания от незасоленной.

Следы древнего засоления встречаются и в осадочных породах в виде огипсованных горизонтов, часто залегающих на глубине 10 м и более от поверхности. Это преимущественно остатки солончаков, которые существовали на равнинах Средней Азии и Казахстана сотни тысяч и миллионы лет назад. Изучение таких горизонтов особенно необходимо при орошении новых территорий. Ведь при орошении поверхностные воды вполне могут проникнуть на глубину 10 м и более. Там они растворят соли, которые в дальнейшем при испарении грунтовых вод поднимутся к поверхности и засолят почву. В результате орошение вместо пользы принесет большой вред. Поэтому в районах, намеченных к орошению, не только изучают современный почвенный покров, но и всю толщу рыхлых отложений на глубину в десятки метров. Необходимо выяснить, нет ли там ископаемых испарительных барьеров — древних аккумуляций солей, которые человек неосторожно через много лет может вовлечь в миграцию.

Сорбционные барьеры (G) возникают в тех местах биосферы, где воды соприкасаются с сорбентами — веществами, способными поглощать (сорбировать) из растворов растворенные газы, ионы и молекулы.

Геохимическое значение сорбции очень велико, так как в результате этих процессов химические элементы извлекаются из «недосыщенных вод», из которых не могут образоваться самостоятельные минералы данных элементов. Для некоторых редких элементов сорбция — почти единственный и самый важный механизм концентрации в биосфере. Например, редкий металл рубидий никогда не насыщает природные воды, и науке неизвестны собственные минералы рубидия. Но глины могут поглощать рубидий из вод, и в результате за геологическое время в глинах хотя и в слабой степени, но все же концентрируется этот металл. Сорбция глинами играет важную роль и в истории другого редкого щелочного металла, соседа рубидия по периодической системе, — цезия.

Помимо почв сорбционные барьеры очень характерны для глинистых илов океанов, морей, озер, для торфяных болот, водоносных горизонтов (на их контакте с водоупорными породами).

Нередко на одном и том же участке биосферы формируются барьеры различных типов, например сорбционный и кислородный. Мы уже рассказали о кислородном барьере, который был изучен в Бурятии. На нем из глеевых вод осаждались гидроокислы железа. Это аномалия А6. Но гидроокислы железа — хорошие сорбенты для мышьяка, ванадия и других элементов. Поэтому здесь же образуется и сорбционный барьер, аномалия G6. В целом на таких участках формируются совмещенные геохимические барьеры — кислородно-сорбционные и совмещенные аномалии А6—G6.

На участках окисляющихся сульфидных руд с характерными для них сернокислыми водами формируются сорбционные аномалии типа G1 с концентрациями меди, цинка, серебра и других металлов. Здесь в глинах иногда накапливается до 1% меди (по современным кондициям это медные руды), но каких-либо медных минералов обнаружить не удается. Аномалии G2 особенно характерны для таежных ландшафтов и влажных тропиков с их кислыми водами, a G3 и G4 — преимущественно для степей и пустынь. На дне морей и океанов преобладают G3, но встречаются и G11 (например, в глубоких зонах Черного моря, где вода заражена сероводородом). В илах содовых озер развиты аномалии G4. Понятно, что для каждого вида аномалии характерна сорбция определенной группы химических элементов, их парагенная ассоциация.

В последние годы обнаружена чрезвычайно интересная разновидность сорбционного барьера в рыхлых отложениях, перекрывающих рудные месторождения. Поиски таких «перекрытых руд» теперь приобретают особую важность, так как большинство месторождений, выходящих на поверхность, уже обнаружено. Вместе с тем под лёссом, морскими и речными глинами и другими осадочными породами на вполне доступной глубине залегает еще немало руд. Однако видимых признаков на земной поверхности такие месторождения не имеют.

Советские геохимики С. П. Албул, Л. В. Антропова, Г. Ф. Ларионов, Ю. Е. Сает и др. доказали, что во многих рудных провинциях СССР в почвах над перекрытыми месторождениями существуют геохимические аномалии меди, свинца, никеля и других рудных элементов. Эти аномалии обнаруживаются только с помощью различных вытяжек (уксуснокислых, содовых и др.), и интенсивность их очень мала. Все же они отчетливо выделяются, и, следовательно, рудное тело посылает нам сигнал о своем существовании через десятки метров перекрывающих глин. Аномалии, несомненно, имеют сорбционную природу, они чаще всего относятся к типу G3. Как они образовались, пока остается загадкой. Можно только предполагать, что от рудного тела медленно, в течение целых геологических периодов осуществляется миграция рудных элементов к земной поверхности вместе с поровыми растворами или же диффузионным путем. Однако непонимание природы явления не исключает возможности его практического использования (природа электричества тоже была понята позже изобретения динамо-машины). Сейчас в практику внедряется новый метод геохимических поисков перекрытых месторождений на основе определения рудных элементов в вытяжках из почв и глин.