Geokeemilise barjääri kontseptsiooni seostatakse inimtegevusest tingitud keskkonnareostusega, mis on tingitud kemikaalide migratsioonist koos sademetega, maa-aluse või pinnavee vooluga. Kahjulike ühendite kontsentratsioon võib ulatuda 1. ohuklassini ja nende maksimaalseid lubatud väärtusi võib mitu korda ületada, mis põhjustab põhjavees ja reservuaarides geokeemilisi kõrvalekaldeid isegi saasteallikast suurel kaugusel. Geokeemiliste barjääride uuringud on andnud uut teavet võimaluse kohta vähendada toksiliste ühendite liikuvust.
Definitsioon
Termina "geokeemiline barjäär" võttis esmakordselt kasutusele Venemaa teadlane AI Perelman. Selle olemus seisneb maakoore piirkonna määramises, kus rände intensiivsus ja kemikaalide kontsentratsioon on järsult vähenenud. Selle tulemusena lähevad nad tehnogeensest dispersiooni seisundist stabiilseteks mineraalide ühendusteks. Need tõkked on harjunudkaitsta keskkonda tööstusliku saaste eest.
Seda teooriat kasutatakse kõige laialdasem alt ökoloogias, geoloogias, maastike, ookeanide ja merede geokeemias. Lihtne näide barjäärist on rauaioonidega küllastunud põhjavee migratsioon. Maa all on see element vedelikus peaaegu täielikult lahustunud. Pinnale jõudmisel oksüdeerub raud hapniku mõjul ja metall sadestub soola kujul, st läheb üle mineraalfaasi. Sama nähtust täheldatakse ka raualahuse transportimisel veetorude kaudu. Sel juhul räägivad nad inimese loodud barjäärist.
Geokeemilised tõkked ja nende klassifikatsioon
Tõkkeid eristavad mitmed tunnused:
- Päritolu järgi (geneetiline klassifikatsioon): loomulik; tehnogeenne (tekib inimtegevuse käigus); looduslik-tehnogeenne.
- Suuruse järgi: makrogeokeemilised tõkked, milles migratsiooniprotsessid vähenevad tuhandete meetrite suurusjärgus; mesobarjäärid (mitu meetrit kuni 1 km); mikrobarjäärid (mõnest millimeetrist mitme meetrini).
- Ainete liikumise olemuse järgi: kahepoolne - voogude ränne erinevatest külgedest, barjääri võib ladestuda erinevat tüüpi seoseid (näidatud alloleval joonisel); külgmine (subhorisontaalne); mobiilne; radiaalne (subvertikaalne).
- Vastav alt ainete sisenemisviisile: difusioon; imbumine.
Looduslikud ja tehislikud tüübid
Eespool nimetatud geokeemiliste tõkete tüüpide hulgas eristatakse järgmisi klasse:
- Mehaaniline. Ainete rände käigus nende faas ei muutu, küll aga liiguvad (kõige sagedamini biosfääri piires). Näiteks võib tuua prahi veeremise mööda mägede nõlvu.
- Füüsikalis-keemiline. Tõkked tekivad füüsikalis-keemilises keskkonnas toimuvate muutuste tagajärjel. Praegu on see nähtuste klass enim uuritud ja süstematiseeritud (selle kirjeldus on toodud allpool).
- Biogeokeemiline (fütobarjäärid ja zoobarjäärid). Neid iseloomustab riigivormi muutumine ja väike rändetee. Enamasti seostatakse sellist barjääri keemiliste elementide kogunemisega loomade ja taimede elutähtsa tegevuse tulemusena. Sellesse klassi kuuluvad nii looduslikud kui ka tehislikud geokeemilised tõkked (jäätmete ränne põllumajandusmaal ja karjamaadel).
Keerulised tõkked
Kui ruumis asetsevad mitu nende nähtuste klassi, tekib keeruline geokeemiline barjäär, mis eraldatakse eraldi iseseisvasse kategooriasse. Teadlased usuvad, et looduslikes tingimustes on sellised tõkked üks juhtivaid kohti. Näiteks on hapniku- ja sorptsioonibarjääride kombinatsioon mägistel aladel:
- gleihorisontides maapinnale tõusvad allikad on küllastunud lahustunud raudhüdroksiididega, mis oksüdeeritakse atmosfääriõhu mõjul (hapnikubarjäär);
- sadenevad kolloidid on head sorbendid teistelekeemilised ühendid;
- selle tulemusel moodustub teine sorptsioonibarjäär.
Keeruliste tõkete suurest rollist annab tunnistust ka asjaolu, et nende tõttu tekkis palju maavaramaardlaid.
Erinevad füüsikalised ja keemilised tõkked
Eristatakse järgmist tüüpi füüsikalisi ja keemilisi tõkkeid:
- Hapnik. Oksüdatsioon toimub barjäärile lähenevas vees suure hulga vaba hapniku juuresolekul.
- Sulfiid (vesiniksulfiid). Ainete sadestumine reaktsioonis H2S.
- Gley. Seda barjääri iseloomustab redutseerimisreaktsioon (ilma vaba hapniku ja vesiniksulfiidita).
- Leeliseline. Happesuse vähenemise tulemusena tekivad hüdroksiidid ja karbonaadid, mis sadestuvad lahustumatuks sademeks.
- Hape. PH langusega täheldatakse raskesti lahustuvate soolade moodustumist.
- Aurutav. Rändainete kontsentratsioon suureneb vee aurustumise ja soolade kristalliseerumise tõttu.
- Sorptsioon. Looduslike sorbentide (savi, huumus ja teised) tõttu ekstraheeritakse teatud aineid.
- Termodünaamiline. Suure rõhu ja temperatuuri järsu kõikumisega ainete kontsentratsiooni ja sadestumise suurendamine. See protsess on kõige tugevam süsihapet sisaldavates vetes.
Alamklassid
Füüsikaliste ja keemiliste barjääride rühmas on ka gradatsioon alamklasside kaupa. Kokkuneid on 69. Need erinevad happe-aluse omaduste poolest iga tõkketüübi puhul.
Mehaaniliste tõkete hulgas on alamklasse, mis sõltuvad agregatsiooni olekust ja aine muudest omadustest migratsioonivoos:
- mineraalid ja isomorfsed lisandid;
- lahustunud gaasid (aur);
- kolloidsüsteemid;
- sünteetilist päritolu ühendid;
- loomad ja taimeorganismid.
Näited
Füüsikalis-keemilise klassi geokeemiliste barjääride lihtsad näited on järgmised:
- Niiskes kliimas metsades moodustub võimas pesakond langenud lehtedest. Põhjavee eripäraks sellistes tingimustes on see hapnikuvaene. Selle tulemusena leostuvad pinnasest keemilised elemendid, sealhulgas mangaan ja raud. Pinnale jõudes algab nende oksüdatsioon lahustumatute hüdroksiidide (hapnikubarjääri) moodustumisega. See mehhanism viib looduslike väävliladestuste tekkeni.
- Kui kõrgendatud maatükil on raua ja teiste metallide sulfiide sisaldavate mineraalide ladestu, siis nende väljauhtumine looduslike sademetega aitab kaasa põhjavee tekkele keskkonna happelise reaktsiooniga. Madalmaadel, kõrge õhuniiskuse ja anaeroobsete (hapnikuvabade) tingimustes redutseeritakse sulfaadid sulfiidideks (sulfiidbarjäär). Vase, seleeni ja uraani ladestused piirduvad sageli sellise mehhanismiga.
- Kui pinnas koosneb lubjakivistkivimid, siis niiskes kliimas lagunevate orgaaniliste jääkide mõjul leostub raud, nikkel, vask, koob alt ja muud elemendid. Lubjakivid loovad leeliselise geokeemilise barjääri, mis aitab neutraliseerida happelist põhjavett ja moodustada lahustumatuid hüdroksiide.
Sotsiaalsed barjäärid
Kaasaegses geokeemias eristatakse ka uut alamklassi – sotsiaalsed geokeemilised barjäärid. Nende eripära on see, et need ei ole varem looduslikes tingimustes tekkinud nendele ühenditele, mis on neile koondunud. Selle alamklassi tõkkeid käsitletakse ainult tehislike või keerukate geokeemiliste tõkete kontekstis.
Nende hulgas on 4 alamklassi:
- majapidamine (tahkete või vedelate olmejäätmete prügilad);
- ehitus;
- tööstuslik;
- segatõkked (ehitus-, tööstus- ja olmejäätmete prügilad).
