Лекции_Общая геохимия. Геохимия как наука
 Скачать 6.86 Mb.
|
|
Оптимизация биологического круговорота. Исключительное внимание к загрязнению среды и другим негативным явлениям техногенеза нередко оставляет в тени огромные его позитивные возможности, которые только частично реализованы человечеством. Примером служит разрешение противоречия лесных ландшафтов. Последние появились около 350 млн. лет назад в позднем девоне, когда накопление большой органической массы, те. усиление биологического круговорота знаменовало новый качественный этап развития биосферы. Однако это привело к разложению большого количества остатков растений и животных, их энергичной минерализации. В почву стало поступать больше СО, органических кислот, почвенные воды стали более кислыми. В результате усилилось кислое выщелачивание почв, минеральное голодание растений. Чем лучше растения обеспечивались водой, светом и теплом, тем сильнее развивалось кислое выщелачивание, ухудшалось их минеральное питание. Так, бик привел к противоречию между световыми минеральным питанием растения сами ухудшили условия своего существования. Это противоречие стало, вероятно, одной из движущих сил эволюции растительного мира, и естественный отбор действовал в направлении его разрешения. Понадобилось почти 250 млн. лет, чтобы у растений выработалась способность по- глощадь из почвы больше Са, Mg, Na, К и других катионов. В результате в середине мелового периода голосеменная флора сменилась покрытосеменной, которая содержала больше зольных катионогенных элементов, и, следовательно, лучше противостояла кислому выщелачиванию. Однако разрешить полностью данное противоречие растительный мир не смог, т.к. ив современную эпоху имеет место кислое выщелачивание почв, ухудшение минерального питания растений. Противоречие, которое природа не смогла разрешить за сотни миллионов лет, исчезло в ноосфере, где удобрение полей и подкормка домашних животных обеспечивают необходимое минеральное питание растений и животных в условиях влажного климата. Оптимизация круговорота воды достигается орошением пустынь, осушением болот, опреснением морских вод, использованием вод артезианских бассейнов, внедрением оборотного водоснабжения и т.д. Во многих регионах приобрел исключительное значение дефицит пресных вод. Инженерная сторона водоснабжения разработана хорошо, и возможности человечества в этом направлении велики (плотины, каналы, дамбы, бурение скважин и т.д.). Сильно отстает геохимическое обоснование ряда проектов, что и привело ко многим ошибкам типа "поворота рек, перекрытия Кара-Богаз-Гола, обмеления Аральского моря. 237 В комплексной проблеме оптимизации круговорота воды очень важен геохимический аспект, в частности защита вод от загрязнения. Это относится не только к Байкалу, но и к другим озерами рекам, к подземным водам. 17.12. Комплексное использование сырья В настоящее время только 10% извлекаемого из недр становится готовой продукцией, а 90% составляют отходы, загрязняющие среду. При добыче некоторых полезных ископаемых используется лишь 1% массы руды, а 99% идет в отвалы. Велики терриконы вокруг угольных шахт и карьеров. Идеалом производства является безотходная технология, при которой утилизируются все компоненты сырья. И здесь важна роль геохимии. Ярким примером служит открытие в Забайкалье новой горной породы - сынне- рита - калиевого аналога нефелинового сиенита. Все его компоненты могут использоваться К для производства особо ценных бесхлорных удобрений, А - для получения металла, S1O 2 - для производства цемента и других стройматериалов. Однако всеобщее внедрение безотходной технологии дело неблизкого будущего и пока задача состоит в наиболее полном использовании сырья. Нередко из руд извлекается только один- два полезных компонента, а остальные, в том числе многие микроэлементы, не используются. Вместе стем они представляют часто не меньшую ценность, чем главные компоненты. Большое практическое значение имеют элементы примеси в углях. В промышленных масштабах из углей извлекают Ge, U, Ga, разработана технология извлечения Pb, Zn, Mo, ставится вопрос об извлечении Аи. Велики перспективы применения золы в строительстве, где пока ее используется не более 10%. Зола некоторых углей и горючих сланцев применяется для известкования кислых почв. Отвалы рудников и эфеля обогатительных фабрик, в связи с понижением кондиций руд, рассматриваются в качестве техногенных рудных месторождений. Актуально и использование техногенных геохимических барьеров для создания искусственных месторождений. Так, уже в древности с помощью дамб отгораживали небольшие участки моря, в которых при испарении морской воды осаждалась поваренная соль. Не исключается возможность создания таким путем и рудных месторождений. Если повсеместное внедрение безотходной технологии - дело будущего, то малоотходная технология возможна и необходима уже сейчас (Б.Н. Ласкорин). Это один из важных путей ускорения научно-технического прогресса. В этой связи рассмотрим состав рассолов пластовых вод некоторых районов западной части Сибирской платформы (таб. 17.7). Таблица 17.7. Сравнительная характеристика рассолов Талаканского месторождения и рассолов соседних районов Горизонт (месторождение) Содержание микрокомпонентов, гл Минерализация, гл Li Na K Mg Ca Sr Br J Юрубчено- Тохомский 0,045- 0,055 50,5-62,4 3,2-4,6 8,4-9,7 22,0-27,1 142-165 1,4-3,3 0,01-0,02 230-260 Ванаварский 0,035- 0,053 52,0-78,8 1,5-1,8 7,9-9,8 14,8-20,1 137-150 2,2-2,6 Не опр. 220-240 Ордовикский 0,190 49,0 4,2 7,8 49,0 200 3,4 - 333 Бельский 0,290 46,9 15,0 10,3 59,3 231 3,3 - 369 Дельтулинский 0,370 38,0 20,0 10,9 69,0 224 3,7 - 366 238 Знаменский 0,415 2,4 4,3 29,2 120,9 325 9,3 0,01 500 Бильчирский 0,027 26,7 8,8 13,8 92,8 251 6,26 0,0083 386-406 Джелиндукон-ский 0,049 - 2,89 - - - 3,06 0,014 248 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 lgN, г /л Li Na K Mg Ca Cl Br Юрубчено-Тохомский Ванаварский Ордовикский Бельский Дельтулинский Знаменский Бильчирский Рис. 17.12. Среднестатистическое распределение полезных компонентов в рассолах рифея- ордовика Эвенкии, Якутии и Иркутской области Исходя из сравнительных характеристик рассолов, приведенных в таблице 17.7 и на рисунке 17.12 видно, что повышенным содержанием лития выделяется четыре уровня ордовикский, бельский, дельтулинский, знаменский. Известно высокое содержание лития и на юге-юго-западе региона (Фединская площадь - 310 мг/л). Несколько пониженная концентрация этого металла определена в рассолах Байкитской антеклизы (50-290 мг/л) и Туринской впадины (180-190 мг/л). Заметно обеднены литием воды, вскрытые в пределах Катангской седловины. Например, на Чамбинской площади его концентрация составляет только 57 мг/л, на Тэтэринской – 84 мг/л. Как и для стронция, подсолевые рассолы обеднены литием по сравнению с межсолевыми враз. Наиболее высокая концентрация рубидия обнаружена вводах Бахтинского мегавыступа - до 40 мг/л ив Присаяно-Енисейской синеклизе, где на Фединской площади его содержание достигает уникально высокой величины - 134 мг/л. Содержание рубидия в рассолах других тектонических структур находится в пределах 12-19 мг/л. Низкая его концентрация отмечена на Собинской площади – 1,3 мг/л. Содержание рубидия в соленосной формации обычно в несколько раз выше, чем в подсолевой, вследствие чего концентрация рубидия в последней практически повсеместно ниже условных минимальных промышленных кондиций. Лишь в единичных случаях, например, на Чамбинской и Сутягинской площадях, его содержание превышает установленные нормы соответственно в 2 и 3 раза (7,3 и 9 мг/л). 239 В связи с развитием техногенеза более подробно остановимся в данном разделена тяжелых металлах в природных водах (таб. 17.8). Таблица 17.8 Максимальное содержание в рассолах тяжелых металлов поданным атомно-абсорбционного и химического анализов (мг/л) (Вожов, 2002) Наименование скважины Число проб Fe Mn Zn Pb Cu Cr Cd In Подсолевая формация (крепкие и весьма крепкие рассолы) К 1 16 1,6 7,2 0 0 0 0 - Вн-1 5 1150 51 40 0 0,8 0 0 - Тн-1,2 3 10,5 26,2 5,4 0 0 0,2 0 - Бр-18 5 1420 520 1300 30 7,0 0 0 - Соленосная формация (весьма крепкие и сверхкрепкие рассолы) СТ 1 1048 596 298 80 0,4 0 0 - НТ-1,2 2 148 22 104 16 0 0 0 - Уч 2 340 76 77 10 0,5 0 0 - К 3 170 20 11 0 1,2 6,8 1,6 15 Надсолевая формация (слабые и крепкие рассолы) Пр-2к, к, к, к 4 86 60 0,6 7,5 0 4,5 1,6 12 Бп-1к 1 0 0,7 0,2 0 0 0,2 3,8 - * К 1 0 0 0,12 0 0 0 0 - Чм-10 1 0 0,5 0,13 0 0 0 0 - Вт 1 0 0,1 0,2 0 0 0 0 - * Ni 0.1 мг/л, в других случаях Co и Ni не обнаружены Распределение цезия в настоящее время практически не изучено. Известно лишь, что концентрация цезия составляет 0,7-3,1 мг/л (Вожов, 2002). Кроме того, в подземных рассолах с помощью спектральных определений и инструментального нейтронно-активационного анализа обнаружен широкий спектр микроэлементов. Подземные воды в некоторых случаях характеризуются высокой концентрацией цинка, достигающей 672 мг/л. Содержание его, представляющее промышленный интерес, обнаружено на Сухо-Тунгусской площади – 92,5, Таначинской – 84,4-268, Тутончанской – 68 и Кочумдекской - 157 мг/л (Вожов, 2002). В подсолевой формации воды характеризуются в целом более низким содержанием цинка, изменяющимся в пределах l,25-35,2 мг/л, и не представляют промышленного интереса. Вводах соленосной формации, полученных в пределах Тэтэнчиминской, Учаминской, Верхнеамнуннаканской, Таначинской, Пойменной, Ирбуклинской, Нижнетунгусской площадей, обнаружено серебро в количествах, превышающих МПК враз. В подсолевой формации этот элемент практически не обнаруживается. Подземные рассолы соленосной формации характеризуются также промышленной концентрацией золота (0,018-0,0692 мг/л), что в десятки раз выше минимальной промышленной нормы (0,001 мг/л). Промышленная концентрация золота в подсолевой формации обнаружена в скважинах, пробуренных на Ванаварской (0,0404), Джелиндуконской (0,0273-0,0553), Собинской (0,0215 мг/л) площадях, те. в пределах так называемого Илимпейского золотоносного района. 240 0 2 4 6 8 10 12 14 16 мг/л Среднее 0,7 0,01 0,41 0,03 0,02 0,01 0,01 0,66 0,01 0 0 0 0,52 0 0 0,01 Максимальное 2,54 0,29 5,52 0,8 0,22 0,23 0,51 15 0,07 0,17 0,03 0,03 10,3 0,02 0,03 0,9 Рис. Концентрация тяжелых металлов вводах региона поданным нейтронно- активационного анализа Вводах соленосной формации обнаружены также компоненты, имеющие концентрацию на несколько порядков выше, чем в морской воде. К ним относятся церий, иттербий, ртуть, торий, селен и олово. С экологической точки зрения особый интерес представляет ртуть. Церий обнаружен ив подсолевых рассолах на Юрубченской площади (Букаты,1998). Подсолевые рассолы лицензионных участков, расположенных в Катангской седловине, характеризуются наличием редкого элемента европия. Вводах и соленосной, и подсолевой формаций на отдельных площадях обнаружен гафний. Его концентрация вводах составляет 0,0004-0,014 мг/л, ион обнаружен на Бурусской, Кочумдекской, Сухотунгусской, Таначинской и Учаминской площадях. Наличие высокой концентрации перечисленных металлов, порой значительно выше ПДК, вводах требует тщательного изучения их на предмет отбраковки в последующем техногенных и естественных аномалий, связанных с разгрузкой рассолов. Таким образом, приведенные данные позволяют говорить, что по содержанию Li, Rb, Cs, Sr, В, B, Ag, Au, цинка и кобальта рассолы описываемой территории можно отнести к промышленным, которые по мере развития научно-технического прогресса и инновационных технологий будут использоваться в промышленности. К приведенному перечню можно добавить йод. Основными видами продукции переработки охарактеризованных рассолов могут быть литий хлористый безводный или карбонат лития, бром жидкий или бромиды кальция и натрия, тяжелый солевой раствор, йод кристаллический, магнезия жженая, соляная кислота. Производство соляной кислоты на нефтепромысле решает проблемы ее доставки для производства работ по освоению скважин. 241 Контрольные вопросы Дайте определение понятий "техногенез", "ноосфера, "техногенный ландшафт ". Каковы энергетика и информационные особенности ноосферы Охарактеризуйте две группы процессов техногенеза. Что такое "технофильность", как она изменяется Расскажите о техногенных геохимических аномалиях, зонах выщелачивания, барьерах. Рассмотрите геохимические аспекты проблемы загрязнения окружающей среды Дайте определение "геохимического мониторинга ". В чем состоит проблема оптимизации ноосферы Геохимический аспект проблемы комплексного использования полезных ископаемых. Дайте определение понятия техногенный геохимический барьер 242 Литература 627.jpg&p=6 физическое выветривание 2. http://images.yandex.ru/yandsearch?ed=1&rpt=simage&text=%D0%B2%D1%8B%D0%B2 %D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5 &img_url=www.regionavt.ru%2Fgallery%2Fkrsludy%2FImages%2F68.jpg&p=4 химическое выветривание 3. http://www.mining-enc.ru/i/infiltracionnye-mestorozhdeniya/ 4. Анисимов Л. А. Геохимия сероводорода и формирование залежей высокосернистых газов. М, Недра, 1976. 160 с. 5. Баркан Е. С, Воронов АН. Распространение зон возможного газогидратообразования на территории СССР. — Сов. геология, 1982, Ne 7, с. 37 — 41; 1983, № 8, с. 26-29. 6. Батнева ТА, Панкина Р. Г, Соколов В. А. Геохимия нефтяных попутных газов — М, Недра, 1966. 202 с. 7. Бердников Н. В, Корсаков Л. П, Косыгин Ю. А. Эволюция и тектонический контроль глубинной дегазации Земли (поданным термобарогеохимии). — Докл. АН СССР, 1985, т. 285, № 3, с. 675-677. 8. Битнер А.К. Особенности геологии и геохимии триады «нефть-конденсат-газ» залежей Южно-тунгусской нефтегазоносной области и перспективы их комплексного использования. Новосибирск.-2010.-113с. 9. Битнер А.К. Практическая нефтегазовая геоэкология. Красноярск. с. Большая советская энциклопедия.-М.: 1968-1969. Бык С. Ш, Макозон Ю. Ф, Фомина В. И. Газовые гидраты. — М, Химия, 1980. 295 с. Вернадский В.И. Очерки геохимии. – 4 изд, 1934. 13. Войткевич В.В., Закруткин В.В. Основы геохимии Учеб. пособие М Высш. Шк, 1976. – 368 с. 14. Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере Уч. пособие Ростов-на- Дону: Феникс, 1996, - 480 с. 15. Войткевич Г.В., Мирошников А.Е., Поваренных АС, Прохоров В.Г. Краткий справочник по геохимии М Недра, 1977. – 184 с. Высоцкий Н. В. Геология природного газа. М, Недра, 1979. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР. Т. 1—3. М Недра, 1978. Т. 1. 627 ст ст с. 18. Галимов ЕМ. Изотопы углерода в нефтегазовой геологии. М, Недра, 1973. 380 с. 19. Гинсбург Г. Д, Иванов В. Л, Соловьев В. АО газогидратоносности недр Мирового океана. — В кн Нефтегазоносность Мирового океана, М, Наука, 1988, с. 95- 115. 20. Гусакова Н.В. Химия окружающей среды, Ростов-на-Дону: Феникс, 2004, 192 с ISBN 5-222-05386-5 Государство, природные ресурсы и рыночные институты сб лекций ученых и специалистов Всероссийской молодежной научной школы 9-11 июля 2012 года, г. Новокузнецк под общей редакцией ФИ. Иванова, Е.В. Исаковой, Е.А. Гарднер; НФИ КемГУ. – Новокузнецк, с. 22. Дурмишьян А. Г. Газоконденсатные месторождения. М, Недра, 1979, 335 с. 243 23. Ермаков В. И, Скоробогатов В. А. Образование углеводородных газов в угленосных и субугленосных формациях. М, Недра, 1984. 205 с. 24. Загибайло В.Е., Широков АЗ. Проблемы геологии газов угольных месторождений на примере западных и юго-западных районов Донецкого бассейна. - Киев Нау- кова Думка, 1972. - 172 с. 25. Зорькин Л. М. Геохимия газов пластовых вод нефтегазоносных бассейнов М Недра с. ' Изотопный состав газов соленосных отложений. Азот и углерод/Э. М. Прасолов Л. Г. Травникова, В. А. Лобков, Е. С. Субботин. Геохимия, 1987, № 4, с. 524—532. 27. Исаев В.П. Термодинамические аспекты геохимии природных газов. Часть 2. Изд-во Иркутского университета. 1991. с. 28. Косенко Б.М., Левенштейн Л.М. О возможности образования промышленных месторождений за счет метаморфогенных газов угленосных толщ (на примере Восточ- но-Украинского нефтегазоносного бассейна) // Материалы по геологии Донецкого бассейна. Первая геологическая конференция памяти ЛИ. Лагутина (июль 1964). - М Недра, 1968. -С. 100-107. 29. Кравцов АИ. Геология и геохимия природных газов угольных месторождений // Осадконакопление и генезис углей карбона СССР. - М Наука, 1971. - С. 276. Ласточкин В.А. Газовая зональность Челябинского угольного бассейна // Труды Свердловского института, вып. 45, 1964. - С. 113 - 120. Лидии Г.Д. Учение о газах угольных месторождений СССР. - Мс. 32. Макогон Ю. Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование М, Недра, 1985. 232 с. Максимович Н.Г. Создание геохимических барьеров для очистки кислых стоков природных отвалов. \\ Уголь.-2006.-№9.-С.64. 34. Мархинин Е.К. Вулканы и жизнь. (Проблемы биовулканологии) – М Мысль. с. 35. Овчинников, Л. Н. Прикладная геохимия / Л. Н. Овчинников. М Недра, 1990. 36. Озима М, Подосек Ф. Геохимия благородных газов. Л, Недра, 1987. 343 с. Орленок В.В. Происхождение и эволюция земных оболочек. Пеньков В.Ф. Уран и углеводороды.-М. Недра, с. 39. Перельман АИ, Геохимия элементов в зоне гипергенеза, М, 1972. 40. Перельман АИ Геохимия биосферы М Наука, 1973. – 168 с. 41. Перельман АИ Геохимия ландшафта:Учебник. М МГУ.-1999. 42. Перельман АИ Геохимия. М Высшая школа. 1979. с. 43. Перельман АИ Геохимия учебник МВ. Шк, 1989. – 528 с. 44. Петросян А.Э., Лидин Г.Д., Дмитриев A.M., Куликова Н.Н. Закономерности распределения метана в угольных месторождениях - М Наука, 1973. -148 с. 45. Прасолов Э. М. Мантийная и коровая составляющая в газах залежей нефти и газа. В кн Условия нефтегазообразования на больших глубинах. М, Наука, 1988, с. 207 — 212. Природные газы осадочной толщи/Под ред. В. П. Якуцени. — Л, Недра, 1978. 343 с. Прогноз и оценка нефтегазоносное™ недр на больших глубинах/Под ред. С. Н. Симакова Л, Недра, 1986. 248 с. 48. РогозинаЕ.А. Состав, зональность и масштабы генерации газов при катагенезе органического вещества гумусовых углей. |