Геохимический круговорот элементов

Все указанные факторы (внешние и внутренние) действуют совместно. В процессе миграции все химические элементы участвуют в геохимическом круговороте веществ в пределах геосфер и между ними. В процессе миграции и круговорота в отдельных случаях образуются скопления элементов, а иногда и месторождения полезных ископаемых.

Выделяют большой круговорот веществ. Он охватывает: магматические породы → осадочные породы → метаморфические породы → ультраметаморфизм и образование магмы.

Малый круговорот – это часть большого круговорота, охватывающая отдельные его части (например, круговорот на поверхности Земли с участием воды, осадочных пород и атмосфера).

Геохимический круговорот веществ - это повторяющиеся процессы превращения и перемещения химических элементов и веществ. Геохимический круговорот имел большое значение при формировании оболочек Земли. Наиболее масштабно он проходил в древние геологические эпохи – особенно в докембрии. При этом происходил максимальный обмен веществ в вертикальном направлении.

Все процессы, происходящие в земной коре, делятся на глубинные (гипогенные или магматогенные) и поверхностные (гипергенные). Гипогенные процессы протекают при повышенном давлении и температуре, гипергенные- при нормальных температуре и давлении.

Термодинамика геохимических процессов

Химические превращения в земной коре происходят при различной температуре, давлении и концентрации веществ. Несмотря на большое разнообразие все геохимические процессы имеют определенную направленность, которая заключается в том, что природная система стремиться перейти в состояние максимальной устойчивости с минимальным запасом свободной энергии. В природе существует только один противоположно направленный процесс (с накоплением свободной энергии)- это фотосинтез земных растений, при котором выделяется свободный кислород, определяющий высокий химический потенциал свободной энергии биосферы. Этот свободный потенциал энергии биосферы расходуется затем на протекание гипергенных геохимических процессов.

Изменение равновесного состояния геохимической системы определяется законами термодинамики. Нарушение равновесия системы происходит по закону, сформулированному Ле Шателье: «Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывать воздействие, то оно вызовет процесс, который будет стремиться ослабить это воздействие».

Примеры из области геохимических процессов:

1. Изменение температуры. По закону Вант - Гоффа при повышении температуры равновесие смещается в сторону процесса, идущего с поглощением тепла, а при понижении – в обратную сторону.

При низких температурах Fe₂O₃→FeO

При высоких температурах (в недрах Земли) FeO→Fe₂O₃

При повышении температуры возрастает растворимость солей, но при этом происходит поглощение тепла.

2. Изменение давления. Возрастание давления приводит к образованию веществ с уменьшенными объемами, но увеличивается плотность веществ.

3. Изменение концентрации. При повышении концентрации компонентов в системе, он стремиться перейти в другую фазу, при этом химические реакции протекают в сторону снижения содержания избыточного компонента.

8