แนวความคิดของอุปสรรคธรณีเคมีเกี่ยวข้องกับมลพิษที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากการอพยพของสารเคมีไปพร้อมกับปริมาณน้ำฝน ใต้ดิน หรือการไหลของน้ำผิวดิน ความเข้มข้นของสารประกอบที่เป็นอันตรายสามารถไปถึงระดับอันตราย 1 และค่าที่อนุญาตสูงสุดสามารถเกินได้หลายครั้ง ซึ่งนำไปสู่ความผิดปกติทางธรณีเคมีในน้ำใต้ดินและแหล่งกักเก็บแม้ในระยะทางไกลจากแหล่งกำเนิดมลพิษ การศึกษาอุปสรรคธรณีเคมีได้ให้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการลดการเคลื่อนที่ของสารประกอบที่เป็นพิษ
คำจำกัดความ
คำว่า "อุปสรรคธรณีเคมี" ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดย AI Perelman นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย สาระสำคัญของมันอยู่ในการกำหนดพื้นที่ของเปลือกโลกซึ่งความเข้มของการอพยพและความเข้มข้นของสารเคมีลดลงอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้พวกมันผ่านจากสถานะของการกระจายตัวของเทคโนโลยีไปสู่การเชื่อมโยงแร่ที่เสถียร อุปสรรคเหล่านี้ใช้เพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อมจากมลพิษทางอุตสาหกรรม
ทฤษฎีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านนิเวศวิทยา ธรณีวิทยา ธรณีเคมีของภูมิประเทศ มหาสมุทร และทะเล ตัวอย่างง่ายๆ ของสิ่งกีดขวางคือการอพยพของน้ำใต้ดินที่อิ่มตัวด้วยไอออนของเหล็ก ใต้พื้นดินธาตุนี้ละลายในของเหลวเกือบหมด เมื่อไปถึงพื้นผิว เหล็กจะถูกออกซิไดซ์ภายใต้อิทธิพลของออกซิเจน และโลหะตกตะกอนในรูปของเกลือ กล่าวคือ เหล็กจะผ่านเข้าสู่เฟสของแร่ ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อมีการขนส่งสารละลายเหล็กผ่านท่อน้ำ ในกรณีนี้ พวกเขาพูดถึงอุปสรรคที่มนุษย์สร้างขึ้น
อุปสรรคธรณีเคมีและการจำแนกประเภท
อุปสรรคมีความโดดเด่นด้วยคุณสมบัติหลายประการ:
- โดยกำเนิด (การจำแนกทางพันธุกรรม): ธรรมชาติ; technogenic (เกิดขึ้นในกระบวนการของกิจกรรมของมนุษย์); เทคโนโลยีจากธรรมชาติ
- ตามขนาด: อุปสรรคของมาโครธรณีเคมี ซึ่งกระบวนการย้ายถิ่นลดลงเกิดขึ้นในระยะทางหลายพันเมตร mesobarriers (จากหลายเมตรถึง 1 กม.); microbarriers (จากไม่กี่มิลลิเมตรถึงหลายเมตร)
- โดยธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของสาร: ทวิภาคี - การอพยพของกระแสจากด้านต่าง ๆ สมาคมประเภทต่าง ๆ สามารถฝากไว้ในสิ่งกีดขวาง (แสดงในรูปด้านล่าง); ด้านข้าง (subhorizontal); มือถือ; รัศมี (แนวตั้งย่อย).
- ตามวิธีที่สารเข้า: การแพร่กระจาย; การแทรกซึม
แบบธรรมชาติและฝีมือมนุษย์
ในบรรดาอุปสรรคธรณีเคมีข้างต้น มีการแยกประเภทต่อไปนี้:
- เครื่องกล. ในระหว่างการอพยพของสาร ระยะของสารจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะเคลื่อนที่ (ส่วนใหญ่มักอยู่ภายในชีวมณฑล) ตัวอย่างคือการกลิ้งของเศษซากตามทางลาดของภูเขา
- กายภาพ-เคมี. อุปสรรคเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมทางเคมีกายภาพ ปัจจุบัน ปรากฏการณ์ระดับนี้มีการศึกษาและจัดระบบมากที่สุด (คำอธิบายอยู่ด้านล่าง)
- ไบโอเคมี (phytobarriers และ zoobarriers). พวกเขามีลักษณะการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบของรัฐและเส้นทางเล็ก ๆ ของการย้ายถิ่น ส่วนใหญ่แล้วสิ่งกีดขวางดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการสะสมขององค์ประกอบทางเคมีอันเป็นผลมาจากกิจกรรมที่สำคัญของสัตว์และพืช ชั้นเรียนนี้รวมถึงอุปสรรคธรณีเคมีทั้งจากธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น (การย้ายถิ่นของขยะบนพื้นที่เกษตรกรรมและทุ่งหญ้า)
อุปสรรคที่ซับซ้อน
เมื่อปรากฏการณ์หลายชั้นซ้อนทับกันในอวกาศ จะเกิดสิ่งกีดขวางทางธรณีเคมีที่ซับซ้อนขึ้น ซึ่งถูกแยกออกเป็นหมวดหมู่อิสระต่างหาก นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าในสภาพธรรมชาติอุปสรรคดังกล่าวเป็นหนึ่งในสถานที่ชั้นนำ ตัวอย่างคือการรวมกันของอุปสรรคออกซิเจนและการดูดซึมในพื้นที่ภูเขา:
- สปริงที่ลอยขึ้นสู่พื้นผิวโลกในขอบฟ้าไกลจะอิ่มตัวด้วยเฟอริกไฮดรอกไซด์ที่ละลายซึ่งถูกออกซิไดซ์ภายใต้อิทธิพลของอากาศในบรรยากาศ (อุปสรรคออกซิเจน);
- คอลลอยด์ตกตะกอนเป็นตัวดูดซับที่ดีสำหรับผู้อื่นสารประกอบเคมี;
- เป็นผลให้ อุปสรรคการดูดซับที่สองถูกสร้างขึ้น
อุปสรรคที่ซับซ้อนก็แสดงให้เห็นเช่นกันว่ามีแหล่งแร่จำนวนมากเกิดขึ้นเนื่องจากพวกมัน
อุปสรรคทางกายภาพและเคมีหลากหลาย
สิ่งกีดขวางทางกายภาพและเคมีต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
- ออกซิเจน. การเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นในที่ที่มีออกซิเจนอิสระจำนวนมากในน้ำใกล้กับสิ่งกีดขวาง
- ซัลไฟด์ (ไฮโดรเจนซัลไฟด์). การตกตะกอนของสารที่ทำปฏิกิริยากับ H2S.
- กลีย์. อุปสรรคนี้มีลักษณะเฉพาะโดยปฏิกิริยารีดิวซ์ (ปราศจากออกซิเจนและไฮโดรเจนซัลไฟด์อิสระ)
- อัลคาไลน์ อันเป็นผลมาจากการลดลงของความเป็นกรด การก่อตัวของไฮดรอกไซด์และคาร์บอเนตซึ่งตกตะกอนเป็นตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ
- กรด. เมื่อ pH ลดลง จะสังเกตเห็นการก่อตัวของเกลือที่ละลายได้น้อย
- ระเหย. ความเข้มข้นของสารอพยพเพิ่มขึ้นเนื่องจากการระเหยของน้ำและการตกผลึกของเกลือ
- ดูดซับ. มีการสกัดสารบางชนิดเนื่องจากตัวดูดซับตามธรรมชาติ (ดินเหนียว ฮิวมัส และอื่นๆ)
- อุณหพลศาสตร์. การเพิ่มความเข้มข้นและการตกตะกอนของสารด้วยความดันและอุณหภูมิผันผวนอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้เด่นชัดที่สุดในน่านน้ำที่มีกรดคาร์บอนิก
ซับคลาส
ในกลุ่มของอุปสรรคทางกายภาพและทางเคมี มีการไล่ระดับตามคลาสย่อยด้วย ทั้งหมดมี 69 ชนิด มีลักษณะความเป็นกรด-เบสแตกต่างกันสำหรับสิ่งกีดขวางแต่ละประเภท
ท่ามกลางอุปสรรคทางกล มีคลาสย่อยขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมกลุ่มและลักษณะอื่นๆ ของสารในกระแสการย้ายถิ่น:
- แร่ธาตุและสารเจือปน isomorphic;
- ก๊าซที่ละลาย (ไอน้ำ);
- ระบบคอลลอยด์;
- สารประกอบที่มีแหล่งกำเนิดสังเคราะห์
- สัตว์และสิ่งมีชีวิตในพืช
ตัวอย่าง
ตัวอย่างง่าย ๆ ของอุปสรรคธรณีเคมีของชั้นฟิสิกส์เคมีมีดังนี้:
- ในสภาพอากาศชื้นในป่า ใบไม้ที่ร่วงหล่นอันทรงพลังก่อตัวขึ้น ลักษณะเด่นของน้ำใต้ดินภายใต้สภาวะดังกล่าวคือมีออกซิเจนต่ำ เป็นผลให้องค์ประกอบทางเคมีถูกชะออกจากดินรวมทั้งแมงกานีสและเหล็ก เมื่อไปถึงพื้นผิว การเกิดออกซิเดชันของพวกมันจะเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ (อุปสรรคออกซิเจน) กลไกนี้นำไปสู่การก่อตัวของแหล่งกำมะถัน
- หากมีการสะสมของแร่ธาตุที่มีซัลไฟด์ของเหล็กและโลหะอื่นๆ บนพื้นที่สูง การชะล้างออกไปโดยการตกตะกอนตามธรรมชาติจะก่อให้เกิดน้ำใต้ดินที่มีปฏิกิริยากรดของสิ่งแวดล้อม ในที่ราบลุ่ม ภายใต้สภาวะที่มีความชื้นสูงและไม่ใช้ออกซิเจน (ปราศจากออกซิเจน) ซัลเฟตจะถูกลดสภาพเป็นซัลไฟด์ (อุปสรรคซัลไฟด์) การสะสมของทองแดง ซีลีเนียม และยูเรเนียมมักถูกกักขังอยู่ในกลไกดังกล่าว
- ถ้าดินเป็นหินปูนจากนั้นในสภาพอากาศชื้นภายใต้อิทธิพลของการสลายตัวของสารอินทรีย์ เหล็ก นิกเกิล ทองแดง โคบอลต์และองค์ประกอบอื่น ๆ จะถูกชะล้าง หินปูนสร้างอุปสรรคธรณีเคมีที่เป็นด่างที่ช่วยต่อต้านน้ำบาดาลที่เป็นกรดและก่อให้เกิดไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ
อุปสรรคทางสังคม
ในธรณีเคมีสมัยใหม่ คลาสย่อยใหม่ก็มีความโดดเด่นเช่นกัน - อุปสรรคธรณีเคมีทางสังคม ลักษณะเด่นของพวกเขาคือไม่เคยเกิดขึ้นในสภาพธรรมชาติสำหรับสารประกอบเหล่านั้นที่มีความเข้มข้น อุปสรรคของคลาสย่อยนี้พิจารณาในบริบทของอุปสรรคธรณีเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือซับซ้อนเท่านั้น
ในหมู่พวกเขามี 4 คลาสย่อย:
- ครัวเรือน (ฝังกลบขยะในครัวเรือนที่เป็นของแข็งหรือของเหลว);
- ก่อสร้าง;
- อุตสาหกรรม;
- กั้นแบบผสม (ฝังกลบสำหรับการก่อสร้าง ขยะอุตสาหกรรม และของเสียในครัวเรือน)
