המושג של מחסום גיאוכימי קשור לזיהום מעשה ידי אדם של הסביבה כתוצאה מהגירה של כימיקלים יחד עם משקעים, זרימות מים תת קרקעיות או עיליות. ריכוז התרכובות המזיקות יכול להגיע לדרגת סיכון 1, וניתן לחרוג מהערכים המרביים המותרים שלהם מספר פעמים, מה שמוביל להתרחשות של חריגות גיאוכימיות במי תהום ובמאגרים גם במרחקים גדולים ממקור הזיהום. מחקרים על מחסומים גיאוכימיים סיפקו מידע חדש על האפשרות להפחית את הניידות של תרכובות רעילות.
הגדרה
המונח "מחסום גיאוכימי" הוצג לראשונה על ידי המדען הרוסי AI Perelman. המהות שלו טמונה בייעוד אזור קרום כדור הארץ, שבו יש ירידה חדה בעוצמת הנדידה ובריכוז הכימיקלים. כתוצאה מכך, הם עוברים ממצב של פיזור טכנוגני לאסוציאציות מינרלים יציבות. המחסומים האלה רגיליםהגן על הסביבה מפני זיהום תעשייתי.
תאוריה זו נמצאת בשימוש נרחב ביותר באקולוגיה, גיאולוגיה, גיאוכימיה של נופים, אוקיינוסים וימים. דוגמה פשוטה למחסום היא נדידת מי תהום רוויים ביוני ברזל. מתחת לאדמה, יסוד זה מומס כמעט לחלוטין בנוזל. בהגיעו לפני השטח, ברזל מתחמצן בהשפעת חמצן, והמתכת משקעת בצורת מלח, כלומר היא עוברת לפאזה המינרלית. אותה תופעה נצפית כאשר תמיסת ברזל מועברת דרך צינורות מים. במקרה זה, הם מדברים על מחסום מעשה ידי אדם.
מחסומים גיאוכימיים וסיווגם
מחסומים נבדלים על ידי מספר תכונות:
- לפי מוצא (סיווג גנטי): טבעי; טכנוגני (הנובע בתהליך של פעילות אנושית); טבעי-טכנוגני.
- לפי גודל: מחסומים מאקרוגיאוכימיים, שבהם מתרחשת ירידה בתהליכי הגירה במרחקים בסדר גודל של אלפי מטרים; מחסומי mesobarrier (ממספר מטרים עד 1 ק"מ); מיקרו-מחסומים (מכמה מילימטרים למספר מטרים).
- לפי אופי תנועת החומרים: דו-צדדי - נדידת זרמים מצדדים שונים, ניתן להפקיד במחסום סוגים שונים של אסוציאציות (מוצג באיור למטה); לרוחב (תת-אופקי); נייד; רדיאלי (תת-אנכי).
- לפי הדרך שבה חומרים נכנסים: דיפוזיה; הסתננות.
סוגים טבעיים ומעשה ידי אדם
בין הסוגים שלעיל של מחסומים גיאוכימיים, המעמדות הבאים מובחנים:
- מכני. במהלך נדידת החומרים, השלב שלהם אינו משתנה, אך הם נעים (לרוב בתוך הביוספירה). דוגמה לכך היא גלגול של פסולת לאורך מורדות ההרים.
- פיזיקלי-כימי. מחסומים נוצרים כתוצאה משינויים בסביבה הפיזיקוכימית. נכון לעכשיו, מעמד זה של תופעות הוא הנחקר והמסודר ביותר (תיאורו ניתן להלן).
- ביוגאוכימיקלים (מחסמי פיטו ומחסומי גן חיות). הם מתאפיינים בשינוי בצורת המדינה ובנתיב קטן של הגירה. לרוב, מחסום כזה קשור להצטברות של יסודות כימיים כתוצאה מפעילות חיונית של בעלי חיים וצמחים. מחלקה זו כוללת מחסומים גיאוכימיים טבעיים ומעשה ידי אדם (נדידת פסולת על אדמות חקלאיות וכרי מרעה).
מחסומים מורכבים
כאשר מספר מחלקות של תופעות אלו מונחות על גבי החלל, נוצר מחסום גיאוכימי מורכב, המבודד לקטגוריה עצמאית נפרדת. מדענים מאמינים כי בתנאים טבעיים מחסומים כאלה תופסים את אחד המקומות המובילים. דוגמה לכך היא השילוב של מחסומי חמצן וספיגה באזורים הרריים:
- מעיינות העולים לפני השטח של כדור הארץ באופקים גליים רוויים בהידרוקסידים ברזליים מומסים, אשר מתחמצנים בהשפעת אוויר אטמוספרי (מחסום חמצן);
- קולואידים משקעים הם חומרי ספיגה טובים עבור אחריםתרכובות כימיות;
- כתוצאה מכך, נוצר מחסום ספיגה שני.
התפקיד הגדול של מחסומים מורכבים מעיד גם על ידי העובדה שמרבצי מינרלים רבים נוצרו בגללם.
מגוון של מחסומים פיזיים וכימיים
הבחנה בין הסוגים הבאים של מחסומים פיזיים וכימיים:
- חמצן. חמצון מתרחש בנוכחות כמות גדולה של חמצן חופשי במים המתקרבים למחסום.
- סולפיד (מימן גופרתי). משקעים של חומרים בתגובה עם H2S.
- Gley. מחסום זה מאופיין בתגובה מצמצמת (ללא חמצן חופשי ומימן גופרתי).
- אלקליין. כתוצאה מהירידה בחומציות, היווצרות הידרוקסידים וקרבונטים, המשקעים למשקע בלתי מסיס.
- חומצה. עם ירידה ב-pH, נצפית היווצרות של מלחים מסיסים בקושי.
- אידוי. ריכוז החומרים הנודדים עולה עקב אידוי מים והתגבשות מלח.
- ספיחה. יש מיצוי של חומרים מסוימים עקב סופגים טבעיים (חימר, חומוס ואחרים).
- תרמודינמית. הגדלת ריכוז ומשקעים של חומרים עם תנודה חדה בלחץ ובטמפרטורה. תהליך זה בולט ביותר במים המכילים חומצה פחמנית.
שיעורי משנה
בין קבוצת המחסומים הפיזיקליים והכימיים, ישנה גם הדרגה לפי תת-מעמדות. סך הכליש 69 מהם. הם שונים במאפייני חומצה-בסיס עבור כל סוג של מחסומים.
בין המחסומים המכניים, יש תת-מחלקות בהתאם למצב הצבירה ומאפיינים אחרים של החומר בזרימת הנדידה:
- מינרלים וזיהומים איזומורפיים;
- גזים מומסים (קיטור);
- מערכות קולואידיות;
- תרכובות ממקור סינתטי;
- חיות ואורגניזמים צמחיים.
דוגמאות
דוגמאות פשוטות של מחסומים גיאוכימיים של המעמד הפיזיקוכימי הם כדלקמן:
- באקלים לח ביערות נוצרת המלטה עוצמתית של עלי שלכת. תכונה ייחודית של מי תהום בתנאים כאלה היא שהם דלים בחמצן. כתוצאה מכך, יסודות כימיים שוטפים מהקרקע, כולל מנגן וברזל. כשהם מגיעים לפני השטח, החמצון שלהם מתחיל ביצירת הידרוקסידים בלתי מסיסים (מחסום חמצן). מנגנון זה מוביל ליצירת מצבורי גופרית מקומיים.
- אם יש משקעים של מינרלים המכילים סולפידים של ברזל ומתכות אחרות בחלקת אדמה מוגבהת, אזי שטיפתם החוצה על ידי משקעים טבעיים תורמת להיווצרות מי תהום עם תגובה חומצית של הסביבה. בשפלה, תחת לחות גבוהה ותנאים אנאירוביים (ללא חמצן), סולפטים מופחתים לסולפידים (מחסום סולפיד). משקעי נחושת, סלניום ואורניום מוגבלים לעתים קרובות למנגנון כזה.
- אם האדמה מורכבת מאבן גירסלעים, אז באקלים לח, בהשפעת שאריות אורגניות מתפוררות, שוטפים ברזל, ניקל, נחושת, קובלט ואלמנטים אחרים. אבני גיר יוצרות מחסום גיאוכימי אלקליין שעוזר לנטרל מי תהום חומציים וליצור הידרוקסידים בלתי מסיסים.
מחסומים חברתיים
בגיאוכימיה מודרנית, גם תת-מעמד חדש מובחן - מחסומים גיאוכימיים חברתיים. המאפיין המבחין שלהם הוא שהם לא הופיעו בעבר בתנאים טבעיים עבור אותן תרכובות המרוכזות בהן. מחסומים של תת-מעמד זה נחשבים רק בהקשר של מחסומים גיאוכימיים מעשה ידי אדם או מורכבים.
ביניהם יש 4 תת-מחלקות:
- household (מזבלות של פסולת ביתית מוצקה או נוזלית);
- construction;
- industrial;
- מחסומים מעורבים (מזבלות לפסולת בניין, תעשייה ומשק בית).
