Pojem geochemické bariéry je spojen s umělým znečištěním životního prostředí v důsledku migrace chemikálií spolu se srážkami, podzemními nebo povrchovými vodními toky. Koncentrace škodlivých látek může dosáhnout 1. třídy nebezpečnosti a jejich maximální přípustné hodnoty mohou být několikanásobně překročeny, což vede k výskytu geochemických anomálií v podzemních vodách a nádržích i na velké vzdálenosti od zdroje znečištění. Studie geochemických bariér poskytly nové informace o možnosti snížení mobility toxických sloučenin.
Definice
Pojem „geochemická bariéra“poprvé představil ruský vědec AI Perelman. Jeho podstata spočívá v označení oblasti zemské kůry, kde dochází k prudkému poklesu intenzity migrace a koncentrace chemikálií. V důsledku toho přecházejí ze stavu technogenní disperze do stabilních minerálních asociací. Tyto zábrany jsou zvykléchránit životní prostředí před průmyslovým znečištěním.
Tato teorie je nejrozšířenější v ekologii, geologii, geochemii krajiny, oceánů a moří. Jednoduchým příkladem bariéry je migrace podzemní vody nasycené ionty železa. Pod zemí je tento prvek téměř úplně rozpuštěn v kapalině. Po dosažení povrchu se železo oxiduje vlivem kyslíku a kov se vysráží ve formě soli, to znamená, že přejde do minerální fáze. Stejný jev je pozorován, když je roztok železa přepravován vodovodním potrubím. V tomto případě mluví o uměle vytvořené bariéře.
Geochemické bariéry a jejich klasifikace
Bariéry se vyznačují několika rysy:
- Podle původu (genetické klasifikace): přírodní; technogenní (vznikající v procesu lidské činnosti); přírodní technologie.
- Podle velikosti: makrogeochemické bariéry, ve kterých dochází k poklesu migračních procesů na vzdálenosti v řádu tisíců metrů; mezobariéry (od několika metrů do 1 km); mikrobariéry (od několika milimetrů do několika metrů).
- Podle povahy pohybu látek: bilaterální - migrace toků z různých stran, v bariéře se mohou ukládat různé typy asociací (zobrazeno na obrázku níže); boční (subhorizontální); mobilní, pohybliví; radiální (subvertikální).
- Podle způsobu vstupu látek: difúze; infiltrace.
Přirozené a umělé typy
Mezi výše uvedenými typy geochemických bariér se rozlišují tyto třídy:
- Mechanické. Při migraci látek se jejich fáze nemění, ale pohybují se (nejčastěji v rámci biosféry). Příkladem je válení trosek po svazích hor.
- Fyzikálně-chemické. Bariéry vznikají v důsledku změn fyzikálně-chemického prostředí. V současné době je tato třída jevů nejvíce studována a systematizována (její popis je uveden níže).
- Biogeochemické (fytobariéry a zoobariéry). Vyznačují se změnou formy státu a malou migrační cestou. Nejčastěji je taková bariéra spojena s akumulací chemických prvků v důsledku životně důležité činnosti zvířat a rostlin. Tato třída zahrnuje přírodní i člověkem vytvořené geochemické bariéry (migrace odpadu na zemědělské půdě a pastvinách).
Složité překážky
Když se v prostoru superponuje několik tříd těchto jevů, vzniká složitá geochemická bariéra, která je izolována do samostatné nezávislé kategorie. Vědci se domnívají, že v přírodních podmínkách takové bariéry zaujímají jedno z předních míst. Příkladem je kombinace kyslíkových a sorpčních bariér v horských oblastech:
- prameny vyvěrající na zemský povrch v glejových horizontech jsou nasyceny rozpuštěnými hydroxidy železitými, které jsou oxidovány působením atmosférického vzduchu (kyslíková bariéra);
- srážené koloidy jsou dobré sorbenty pro ostatníchemické sloučeniny;
- v důsledku toho se vytvoří druhá sorpční bariéra.
Velkou roli komplexních bariér dokládá i fakt, že díky nim vzniklo mnoho ložisek nerostů.
Různosti fyzikálních a chemických bariér
Rozlišují se následující typy fyzikálních a chemických bariér:
- Kyslík. K oxidaci dochází v přítomnosti velkého množství volného kyslíku ve vodách, které se blíží k bariéře.
- Sulfid (sirovodík). Srážení látek při reakci s H2S.
- Gley. Tato bariéra je charakterizována redukční reakcí (bez volného kyslíku a sirovodíku).
- Zásadité. V důsledku poklesu kyselosti dochází ke vzniku hydroxidů a uhličitanů, které se vysrážejí na nerozpustnou sraženinu.
- Kyselina. S poklesem pH je pozorována tvorba těžko rozpustných solí.
- Vypařovací. Koncentrace migrujících látek se zvyšuje v důsledku odpařování vody a krystalizace soli.
- Sorpce. Dochází k extrakci určitých látek díky přírodním sorbentům (jíl, humus a další).
- Termodynamický. Zvyšování koncentrace a srážení látek s prudkým kolísáním tlaku a teploty. Tento proces je nejvýraznější ve vodách obsahujících kyselinu uhličitou.
Podtřídy
Mezi skupinou fyzikálních a chemických bariér existuje i gradace podle podtříd. Celkovýje jich 69. Liší se acidobazickými charakteristikami pro každý typ bariér.
Mezi mechanickými bariérami existují podtřídy v závislosti na stavu agregace a dalších charakteristikách látky v migračním toku:
- minerály a izomorfní nečistoty;
- rozpuštěné plyny (pára);
- koloidní systémy;
- sloučeniny syntetického původu;
- zvířata a rostlinné organismy.
Příklady
Jednoduché příklady geochemických bariér fyzikálně-chemické třídy jsou následující:
- Ve vlhkém podnebí v lesích se tvoří mohutná podestýlka spadaného listí. Charakteristickým rysem podzemní vody za takových podmínek je, že je chudá na kyslík. V důsledku toho se z půdy vyplavují chemické prvky, včetně manganu a železa. Když se dostanou na povrch, jejich oxidace začíná tvorbou nerozpustných hydroxidů (kyslíková bariéra). Tento mechanismus vede k tvorbě nativních ložisek síry.
- Pokud se na vyvýšeném pozemku nacházejí ložiska nerostů obsahujících sulfidy železa a jiných kovů, pak jejich vyplavování přirozenými srážkami přispívá k tvorbě podzemních vod s kyselou reakcí prostředí. V nížinách se za vysoké vlhkosti a anaerobních (bezkyslíkových) podmínek redukují sírany na sulfidy (sulfidová bariéra). Ložiska mědi, selenu a uranu jsou často omezena na takový mechanismus.
- Pokud se půda skládá z vápencehornin, pak ve vlhkém podnebí dochází vlivem rozkládajících se organických zbytků k vyplavování železa, niklu, mědi, kob altu a dalších prvků. Vápence vytvářejí alkalickou geochemickou bariéru, která pomáhá neutralizovat kyselou podzemní vodu a tvoří nerozpustné hydroxidy.
Sociální bariéry
V moderní geochemii se také rozlišuje nová podtřída – sociální geochemické bariéry. Jejich charakteristickým rysem je, že dříve nevznikly v přírodních podmínkách pro ty sloučeniny, které jsou na nich koncentrovány. Bariéry této podtřídy jsou brány v úvahu pouze v kontextu umělých nebo složitých geochemických bariér.
Mezi nimi jsou 4 podtřídy:
- domácnost (skládky pevného nebo tekutého domovního odpadu);
- construction;
- industrial;
- smíšené bariéry (skládky stavebního, průmyslového a domovního odpadu).
