III бүлэг. Химийн элементийн шилжилт, саатал barier...Барьер...

ХИМИЙН ЭЛЕМЕНТИЙН СААТАЛ (БАРЬЕР)

• Химийн элементийн саатлын тухай ерөнхий ойлголт,

тоон үзүүлэлт, саатлын зарчим

• Биосфер дэх барьерын ангилал, төрөл

o Физик химийн барьер

o Механик барьер

o Биогеохимийн барьер

o Комплекс геохимийн барьер

o Социал геохимийн барьер

Лекц 13 - 14

III бүлэг. Химийн элементийн

шилжилт, саатал

CHEM 232: Геохимийн үндэс

1

ХИМИЙН ЭЛЕМЕНТИЙН СААТАЛ (Барьер):

Химийн элементийн миграцын

огцом өөрчлөлт

• 1961 онд А.И.Перельман анх уг нэр томьѐог

хэрэглэн, тодорхойлолт өгсөн

• Барьерын үед миграцын эрчим тодорхой элемент

болон бүлэг элемент, нэгдлийн хувьд өөрчлөгдөнө

2

БАРЬЕРЫН ТООН ҮЗҮҮЛЭЛТҮҮД

Барьерын градиент: 1989 онд А.И. Перельман томьёолсон

Тодорхой барьер дахь элементийн агуулга.

m1 m2

L G = Δm1/ΔL

G = m1 – m2 /L

m1 ба m2 -барьер болохоос өмнөх болон барьерын дараа

тогтоосон тодорхой үзүүлэлтийн тоо хэмжээ

(Р, рН, Т, Eh, элементийн масс (m) гэх мэт.)

L – барьерын өргөн.

G = dm1/dL

3

Барьерын контрастност - S :

Барьерийн дүнд болох орчны эрс өөрчлөлт(эрс ялгаа).

Энэхүү үзүүлэлтээр геохимийн аномаль үзүүлэлтийг

тогтооно.

G = m1/m2 G = Ca/Cф

m1 ба m2 -барьер болохоос өмнөх болон барьерын дараа

тогтоосон тодорхой үзүүлэлтийн тоо хэмжээ

Ca - аномаль дахь тухайн компонентийн дундач агуулга

Cф - барьерт өртсөн болон түүнтэй төстэй бүс нутаг дах

компонентын фон агууламж

4

Барьер дахь химийн элементийн концентрац:

Тухайн барьер дахь тодорхой элементийн концентрацыг

нийт элементийн коцентрацад харьцуулсан харьцаа

C1, C1 - барьерын өмнөх болон дараах бүс дэх компонентийн

агуулга

a1, a1, - барьерын өмнөх болон дараах бүс дэх компонентын бүх

элементийн агууга

К - тухайн элементийн хуримтлал болж байгаа харьцангуй

тогтвортой масс (хөрс, хурдас, амьд биет ...) –аас

хамаарсан кэффицент5

ХИМИЙН УРВАЛЫН СААТЛЫН ЗАРЧИМ

(А.И. Перельманы зарчим)

Геохимийн миграцын бүс дэх тодорхой элементүүд өөр

хоорондоо урвалд орж тунадасжин замаар геохимийн барьер

үүсгэнэ.

Тодорхой тогтолцоон дахь их агуулгатай тодорхой

элементүүд (Тогтолцоон дахь―Илүүдэл‖ элемент) саатал

үүсгэх боломжит бүх урвалыг тогтоох боломж олгоно.

Жишээ нь: О -нь газрын гадарга дахь илүүдэл элемент.

Түүний их агуулга боломжит исэлдэх урвалыг хязгаарлахгүй.

Хүчиллэг магмын тогтолцоонд SiO2 илүүдэл. Үндсэн урвалын

дүнд Si –кварц байдлаар ялгарч хөрсөнд үлдэнэ.

Нэг тогтолцоонд илүүдэл болсон элемент нөгөөд

―дутагдал‖(дефецит) болж болно.

Дэлхийн гүнд О -дефецит, суурьлаг магмад SiO2 -дефецит.6

Тухайн тогтолцоон дахь илүүдэл болон дутагдал

элементийн нөлөөгөөр химийн урвалын саатал болно.

Тогтолцоон дахь аль нэг илүүдэл элемент бүх

боломжит урвалд ороход хүрэлцэхээргүй бол химийн

идэвх хамгийн өндөр элементтэй урвалд орж, бусад

урвалууд зогсоно.

Ж: хлор ба иод ионы агуулга адил байх хөрсөнд Ag+

ион хангалттай бус бол AgI – ын тунадас буун сааталд

орж, AgCl үүсэх урвал үл явагдана.

УҮAgI УҮAgCl

7

А. Ямар хүчин зүйлийн нөлөөгөөр, биосферийн аль

мужид, геохимийн нөхцөл эрс өөрчлөгдөн, барьер

болох шалтгаан болж байгааг үндэслэн ангилна.

1. Байгалийн барьер:

Биосферийн тодорхой мужид, байгалийн онцлогоос

хамааран нэг геохимийн нөхцөл байдал нөгөөгөөр

солигдонх үед болно.

2. Техноген барьер:

Хүний хүчин зүйлийн нөлөөгөр геохимийн тогтсон

нөхцөл байдал өөрчлөгдөх үед болно.

Биосфер дэх барьерын ангилал

8

В. Барьерт өртөж буй миграцын төрөл, барьерын талбайг

үндэслэн ангиллна.

• Олон талт барьер: хэд хэдэн төрөл миграцын хослолын

явцад саатал үүсч байвал

• Комплекс барьер: нэг бүс нутагт нэгэн зэрэг олон төрөл

барьер үүсч байвал

Б. Барьерыг үүсгэж буй элементийн концентрац болон тоо

хэмжээ аль хир газар нутаг, талбайг хамарч байгааг

үндэслэн ангилна:

• Макробарьер n1км × n1000 км

Ихэвчлэн цэнгэг ус далайн устай холилдох мужид болно.

• Мезобарьер n100 м × n10 км

• Микробарьер n1мм × n1мТогтоол усны ёроол болон шаварлаг хөрс устай

шүргэлцэх хэсэг болно.

УРТ × ӨРГӨН

9

Ямар хүчин зүйлийн нөлөөгөр химийн

элементийн саатал болж байгааг үндэслэнэ

төрөлжүүлнэ

1.Физик химийн

2.Механик

3.Биогеохимийн

4.Социалгеохимийн

5.Комплексгеохимийн

Биосфер дэх барьерын төрөл

10

1. Физик химийн барьер:

усан орчинд ионы хэлбэрээр шилжиж байгаа

элементүүд орчны ИАП, хүчил, шүлтийн шинж

чанарын өөрчлөлтөөс хамааран тундасжих үед

болдог

2. Механик барьер:

тодорхой бүст механик миграцын эрчим огцом

буурах үед болох бөгөөд миграцын II хэлбэрээр

шилжиж буй элементийн минералын болон

коллойд хэлбэрүүд илүү өртөнө.

Барьерын төрөл:

11

3. Биогеохимийн барьер:

Химийн элементийн I хэлбэрийн миграцтай холбоотой.

Химийн элементийн биологийн эргэлтээс үл хамааран

тодорхой элемент ургамал амьтанд хуримтлагдах, эсвэл

ашигт малтмалын орд газар үүсэх явц орох бөгөөд

ихэвчлэн аномаль концентрац үүсгэнэ.

4.Социалгеохимийн барьер:

Хүний нийгмийн харилца, хөгжилийн түвшинтэй салшгүй

холбоотой үүсэх үйлдвэр аж ахуйн хог хаягдал,

бүтээгдэхүүний хуримтлал, оршуулгын үлдэгдэл зэргээс

үүснэ

5. Комплексгеохимийн барьер:

Байгалийн харилцан хамааралт хувьсал өөрчлөлтийн

нөлөөн дор, бие биенээсээ шууд хамааран явагдах хэд

хэдэн барьерын хоршлоор үүснэ

12

1.1 Хүхэрустөрөгчийн барьер

1.2 Хүчилтөрөгчийн барьер

1.3 Глеевын барьер

1.4 Шүлтийн барьер

1.5 Хүчлийн барьер

1.6 Ууршуулагчийн барьер

1.7 Сорбцийн барьер

1.8 Термодинамик геохимийн барьер

1. ФИЗИК ХИМИЙН БАРЬЕР

Химийн урвалын дүнд бодисын физик-химийн шинж чанар

өөрчлөгдөн сааталд орно.

13

1.1 Хүхэрустөрөгчийн барьер

Eh –ын огцом бууралт геохимийн ангижруулагч барьер үүсгэнэ.

H2S –ын нөлөөгөөр ХЭ тундасжиж байвал

хүхэрустөрөгчийн барьер гэнэ.

Янз бүрийн рН бүхий хүчилтөрөгчит болон шаварлаг ус

H2S бүхий орчинд шилжихэд хүхэрустөрөгчийн барьер үүснэ.

H2S байгалийн усанд ууссан болон диссоциацландсан

хэлбэрээр оршино.

H2S H+ + HS- HS- + H+ + S2-

Орчны рН –аас орших хэлбэр хамаарна.

• Хүчтэй хүчиллэг орчинд (pH 5) H2S

• Саармаг болон сул шүлтлэг орчинд (pH = 6.5-8.5 ) HS-

• Хүчтэй шүлтлэг орчинд (pH 8.5 ) S2-

14

H2S –ын үүсэлт: FeS + 2HCl(шин) = FeS2 + H2S

• Өндөр температурт, дэлхийн гүнд үүсч, биосфер дэх барьерт

оролцоно. H2 + S = H2S дэлхийн бүтээл

Базальт, гранитын үед 200∙ 1012 т, мантид 210∙1015 т агуулагдана.

Хөх дөлөөр шатна. 2H2S + 3O2 = SO2 + 2 H2O

SO2 –ын орчинд задарна. Усны уурын нөлөөгөөр исэлдэнэ.

Вулканы лаваас тогтох нуурт явагдах үндсэн урвал

H2S + SO2 = 3S + 2 H2O; H2S + 2H2O = 3H2 + SO2

• Дан байдалтай металл болон түүний давс H2S –ын барьерт

орно. СuSO4 + H2S = CuS + H2SO4 ;

Ag + H2S + O2 = Ag2S + 2 H2O

Cu, Cd, Ag, Zn, Ni, Fe, Pb, Mo, Hg, As, Sb, Bi, Ni зэрэг

элементийн орд газар үүсгэнэ15

1.1.1 Гидротермал барьер: Газрын гүнд , 150- 200 оС –д

хүчиллэг орчинд орших нүүрс-устөрөгч сульфаттай нэгдэх

үед үүссэн H2S –ын нөлөөгөөр явагдаж буй барьер.

CH4 + CaSO42- (T»100 oC) = H2S + CO2 + H2O

CH4 + SO42- + 2H+ = H2S + CO2 + H2O

Олонхи өнгөт, үнэт металл

(Cu, Cd, Ag, Zn, Ni…) гидротермал

барьерт орж cульфидын орд =

= гидротермал орд үүсгэнэ.

Ag + H2S + O2 = Ag2S + 2 H2O

1.1.2 Магмын барьер: Магмын тогтолцоонд үүссэн H2S –

өөр үүсэх барьер,

H2 + S = H2S Т > 1000 оС

Хүхэрустөрөгчийн барьер

ХҮХЭРУСТӨРӨГЧИЙН БАРЬЕРИЙН ТӨРЛҮҮД:

H2S

16

1.1.3 Диагенетик (тунамалын) барьер:

Бага температурт сульфатууд бактерын нөлөөгөөр задрахад

үүсэх H2S –ын нөлөөгөөр явагдах барьер.

Na2SO4 + C6H12O6 + бактери = H2S + CO2 + H2O + Na2CO3

Энэхүү барьерийн явцад полиметаллын орд

(Fe, Cu, Pb, Zn, Ag) үүсдэг

1.1.4 Эпигенезын барьер:

Өндөр температурт органик ба эрдэс бодисын харилцан

үйлчлэлийн дүнд үүссэн H2S –ын нөлөөгөөр явагдах барьер.

СаSO4 + CH4 = H2S + H2O + СаCO3 ; Т > 100 оС

Нэгэнт үүссэн уулын чулуулаг дахь элементүүд энэхүү

барьерт орно.

17

• Хүхэр устөрөгчийн барьерын үед дараах элементийн орд

газарт аномаль концентрац үүснэ.

Cu, Cd, Ag, Zn, Ni, Pb, Mo, Hg, As, Sb, Bi, Ni -ийн орд газар

• Хүхэр устөрөгчийн барьер антропоген хүчин зүйлээс

хамгийг их хамаарна. Хүхэр устөрөгчийн болон тундасжигч

элементийн агуулгаар барьерын хүч тодорхойлогдоно..

• Хүхэр устөрөгчийн барьерын нөлөөгөөр ихэнх

полиметаллын орд газар үүснэ. Жишээ нь,

Хар тэнгис, улаан тэнгисийн доорх полиметалын хүдрийн арвин

нөөц нь 150-170 м –ийн гүн дэх О2 дутагдалтай орчинд бактер

болон угв. –ийн харилцан үйлчлэлээр үүссэн H2S- ын барьерын

дүнд бий болсон

Хүхэр устөрөгчийн барьерын онцлог

Бага температурт сульфатууд бактериар задарч H2S үүсгэнэ.

Өндөр температурт угв. сульфаттай урвалд орж H2S үүсгэнэ18

1.2 Хүчилтөрөгчийн барьер:

Хүчилтөрөгч агуулаагүй ус бүхий миграцын урсгал хүчилтөрөгч

агуулсан бүст орох үед үүсэх элементийн саатал.

Хүчиллэг, шаварлаг усанд: Fe(Mn)HCO3 байдлаар орших Mn,

Fe хүчилтөрөгч агуулсан орчинд шилжихэд Fe2O3,

Fe2O3nH2O, HFeO2 , MnO2nH2O хэлбэрээр тундасжина.

Саармаг болон шүлтлэг шаварлаг уснанд: Fe тунадасжин Mn

миграцад орох бөгөөд хүчилтөрөгчийн орчинд шилжихэд

MnO2, MnO2 mMnO nH2O,

Mn, MnO2(H2O) үүсч

S, Se тунан хуримтлагдана.

2H2S (H2Se) + O2 = 2H2O+ 2S (Se)

Fe2+ агуулсан шаварлаг усны

агаартай шүргэлэх хэсэгт төмрийн тунажисжилт болно.

Fe2+ + 1/2O2 + 2H2O = Fe(OH)3 + H+

Fe2+

H2O Барьер:

S (Se)

Fe(OH)3

19

1.4 Шүлтийн барьер:

Орчны рН огцом өсөх үед болох

элементийн саатал.

Хүчиллэг орчин шүлтээр

солигдох бүст болно. Карбонат,

гидроксид, фосфат, арсенат,

ванадатын эрдсүүд тундасжина.

Pb, Cd, Zn, Hg, As, Co

хуримтлагдана.

1.3 Глеевын барьер: Органик бодис хүчилтөрөгчгүй орчинд

задарч буй бүст болох саатал.

Глеевын үзүүлэлт нь түүнд агуулагдах угв. уусан органик

нэгдэл, Fe2+, H2S –р хэмжигдэнэ. Ийм уулын чулуулаг цагаан,

саарал, ногоон, хөхөлбөр ягаан өнгөтэй байх ба ойт хээр,

талын хөрс үүсгэнэ.

Шүлтийн барьер

1.чулуулаг,

2. шохойн чулуу,

3.хүчиллэг ус (Ni, Cо),

4. шүлтийн барьер

20

1.5 Хүчлийн барьер:

Саармаг болон шүлтлэг орчин гэнэт хүчиллэг болон хувирах

үед болох барьер.

Аниоген шинж чанартай элементүүд тундасжина.

Si, Ge, Mo, Y, Se, Be, Zr, V, U, Si, Zr, Cu, Al, Cr

Хүчиллэг

ус

Cu, Al…

Шүлтлэг орчин

CаCO3 +H2O =

Cа(OH)2 + H2CO3

Хүчлийн

барьер

Хүний хүчин зүйлийн нөлөөлөл

хамгийн хүчтэй илэрнэ.

21

22

Хүрээлэн буй орчны

бохирдол,

хүлэмжийн хийн

нөлөөгөөр далай

тэнгисийн ус хүчллэг

шинжтэй болсоор

байна.

Далайн ус хүчиллэг

болохийн хирээр

далайн шүр, дунгийн

өсөлт саатна (далайн

ясны сийрэгжилт).

Далайн амьтад

түүнээс хамааран

амьдрах амьтдын

хоол тэжээл бууран

тоо хэмжээ цөөрнө.

23

http://www.interactiveoceans.washington.edu/story/Ocean+Acidification

Sept. 2001 file photo provided by provided by Queensland Tourism, an aerial

view shows the Great Barrier Reef off Australia’s Queensland state.

Ocean acidification has emerged as one of the biggest threats to coral reefs

across the world, acting as the ―osteoporosis of the sea‖ and threatening

everything from food security to tourism to livelihoods, the head of a U.S.

scientific agency said Monday, July 9, 2012. — AP Photo

1.6 Ууршуулагчийн барьер:

Ууршилтын явцад химийн элементийн концентрац ихсэх

үзэгдэл

•Ойт хээр хар шороот хөрстэй газар их тохиолдоно. Хуурай

уур амьсгалтай нөхцөлд тайга тундрт ажиглагдана.

•Хур ихтэй үед хөрс угаагдаж химийн элементийн аномаль

агууламж зайлуулагдана. Янз бүрийн исэлдэн ангижрах

орчинд болно.

•Усанд сайн уусдаг нэгдэл барьерийн доод хэсэгт, муу уусдаг

нэгдэл дээд хэсэгт байрлах замаар хөрсөнд үечлэл үүснэ.

1. Карбонатын үе: Муу уусдаг карбонатууд байрлана..

2. Сульфат -гипсийн үе: гипсээр Sr, Mo тундасжина.

3. Хлорид-сулфатын үе: Mo, Zn, Cu, Pb, Ba, Sr тундасжина.

24

1. Шаварлаг үеүүдэд хужиртах явц болно. Ууршилтын

барьераас болж хөрс давсжин ургац муудна.

Хамгийн хортой нь хөрс содоор давсжих явц байдаг.

Усаар зөөрдөн ирсэн Na2CO3, NaHCO3 хөрсөнд үлдэж,

хөрсний рН11 болтлоо шүлтлэг болно.Хужиртсанаас ХАА-д 20-25 сая га/жилд үржил шимгүй болдог

2. Гүний ус кпилр үзэгдлийн нөлөөгөөр дээшлэн ууршилт

үүсгэнэ. Ууссан бодис хөрсөнд үлдэн хужиртана.

Гүний ус шүүрэн ууршилтад орж эхлэх байршлыг гүний усны

критик түвшин (КТ) гэнэ. Энэ нь жилийн дундач

температураас хамаарна (В.А.Ковда тогтоосон).

КТ = 170 + 8t 15 , t - жилийн дундач температур

Ууршуулагчийн барьер

(дэлхий нийтийн асуудал)

25

Гүний усны

анхны

түвшин

Давсжсаны

дараах

гүний

уснытүвшин

Гүний усны критик түвшин (КТ)

Ууршилтын барьер

Далайн усныг нарны энергээр ууршуулахад үүсэх давс:

NaCl -галит, CaSO42H2O-гипс, KCl MgCl 6H2O- карналит,

MgSO4 7H2O- эпкомит, MgSO4 K2SO4 6H2O- сульфатууд,

MgSO4 KCl MgCl 6H2O- карналит, MgCl 6H2O- бишофит

Гүний усны түвшин дээшлэх замаар үүсэх

ууршилтын барьер

26

УУРШУУЛАГЧИЙН БАРЬЕРЫН АЮУЛ:

1. Гүний усны түвшин дээшлэх нь байгалийн болон техноген

үүдэлтэй байна. Хөрсийг усжуулах, усан сан, цөөрөм

байгуулах, хэрэглээний усны хаягдал зэргээс гүний ус огцом

дээшилж ууршилтад өртөнө.

2. Удаан тасралтгүй явагдах ууршилтын дүнд үргэлжилсэн

(20-80 м урт) шугаман барьер үүснэ. Хүдэржилтийн бүст

болох ийм барьер Pb, Zn, Cu металлын хуримтлал-аномал

үүсч орчны ургамалд эдгээр элементийн агуулга ихсэнэ.

3. Усжуулах явцад усны сувгийн дагуух хөрс минералын

бодисоор ханаж, аажим хужиртана. Хөрсний усны

минералжилт ихэссэнээр гүний ус дэшилнэ (Осмосын үзэгдэл).

4. Ус үл нэвтрэх үе бүхий (шавар, занар, цемент, асфальт,

синтезийн материалар хийсэн давхрага) орчинд гадаргын ус

шууд ууршина. Үүний нөлөөгөөр давст нуур үүсч тогтмол

устай хотгорууд давсжина.27

28

http://www.knowledgebank.irri.org/ricebreedingcourse/Breeding_for_salt_tolerance.htm

Salinity includes all the problems due to salts.

Soils are categorized into two types: saline and sodic (or alkali)

Saline soils are again dominated by sodium

cations with electrical conductivity (EC)

more than 4 dSm-1, but the dominant anions

are usually soluble chloride and sulphate.

Exchangeable Sodium Percentage (ESP <

15) and pH values of these soils are much

lower than in sodic soils.

Sodic soils have high concentrations of free carbonate and bicarbonate and excess

of sodium on the exchangeable site of clay particles. They are deficient in

nitrogen, phosphorus and zinc. Such soils have high pH (greater than 8.5 and

sometimes up to 10.7) with a high ESP (> 15) and poor soil structure.

Clay fraction and organic matter are dispersed, thus soils are sticky when wet and

hard when dry. There's very poor hydraulic conductivity and high impedance to

root growth.

29

Sodic or alkaline soils or alkaline soils

Saline Soil in Pampanga, Philippines

1.7 Сорбцын барьер:

Ус болон хийн урсгал шингээгчийн үйлчлэлд өртөх үед

болно.

Шавар, гумусын бодис, төмөр, манганы гидроксид агуулсан

орчнд усан уусмал нэвтрэх үед тодорхой элементүүд

шингээгдэнэ.

o Ж: Коалитод Cu - 0.8% хүртэл шингээгдэнэ.

o Далай тэнгис, гол мөрөн сорбцийн барьерийн үед

цэвэршинэ.

o Байгалийн болон техноген гаралтай аэрозоль олон төрөл

хийг шингээн ―Шингээгдэл үүл‖ үүсгэнэ. Аэрозоль ба

хийн шүргэлцэл, агаар мандалд байх хугацаанаас

шингээлтийн хэмжээ хамаарна. Шингээгдэл үүл механик

барьер үүстэл 5 - 40 долоо хоног хадгалагдан геохимийн

аномаль үүсгэнэ.30

31

Sorption driven by hydrophobicity.

Development of a water cage

(clathrate structure) around

hydrophobic molecule disrupts bulk

liquid water structure. Sorption of

pyrene (CCl4) to hydrophobic

moieties in soil organic matter

(SOM) minimizes this disruption.

Хөрс нь химийн элементийн

миграц болон сорбцийн барьер

явагдах үндсэн орчин болдог.Removal of a compound from solution to a

solid phase we define as sorption, whereas

the inverse process — the release of ions or

molecules from soil solids into solution —

we define as desorption.

http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/introduction-to-the-sorption-of-chemical-constituents-94841002

32

Adsorption isotherms illustrating

phosphorus (P) sorption to B

horizon soils with differing clay

content.

SORPTIVE, SORBATE, AND

SORBENT.

Schematic diagram illustrating the

location and differences between a

• sorptive ion (hydrated copper ion),

• sorbate ion (copper ion

complexed with carboxylate

surface functional group on soil

organic matter), and

• sorbent (soil organic matter).

33

Distribution coefficient

Kd; [L kg-1]:

Concentration of the

• sorptive, Ceq [mol L-1]

• sorbate, Γads [mol kg-1]

at holding temperature

and other parameters

constant.

Schematic arrangement of sorbates at a charged sorbent interface.

To accommodate a negatively charged sorbent, cations accumulate closer to

the surface than anions. Inner-sphere and outer-sphere complexes occupy the

first layer of sorbates, with the remainder of the sorbent charge balanced by

preferential cation accumulation in the diffuse layer.

34

Сорбцийн явцад цэнэгт жижиг хэсгийн мөргөлдөлт-нэгдэл болж

коллойд жижиг хэсэг томроно. Агаар дахь жижиг хэсгийн

тунадасжих хурд усан дахаас 600 дахин их байна.

Агаар мандалд

шилжсэн суурьлаг

бодис CaO, ZnO, MgO

сөргөөр (-), хүчиллэг

бодис, нүүрсний утаа,

тоос эерэг (+) цэнэгээр

цэнэглэгдэнэ.

Цэнэгийн ялгаа болон

концентрац их байхын

хирээр тунадасжилт

сайн явагдах тул

үйлдвэрийн хаягдал

утаа, тоос орчноосоо

холгүй тунадасжин

бууна

1.8 Термодинамик геохимийн барьер:

Тодорхой геохимийн тогтолцооны Р, Т –ын огцом өөрчлөлт

болоход үүснэ.

o Өндөр температурт минералжсан ус хөрөхөд комплекс

нэгдлүүдийн задрал болж металл (Pb, Zi, Ca …) тунадасжина.

oҮйлдвэрийн зориулалтаар ашиглах хэмжээгээр тундасжих

тохиолдолд бага температур (100 - 200 oC) -ын орд үүсгэнэ.

Ж: Хөрсний ан цав үүсч, хагарахтай холбоотойгоор орчны

даралт огцом буурч гидрокарбонат-кальцийн ус газрын гадаргад

шилжих үед травертин-минерал үүснэ.

Ca2+ + 2HCO3 = CaCO3 + H2O + CO2

травертин

Травертиныг дагалдан Pb, Zn баяжигдана.

35

2. МЕХАНИК БАРЬЕР

Бодисын механик миграцын эрчим огцом буурахад үүснэ

МЕХАНИК БАРЬЕРЫН АНГИЛАЛ:

1. Миграц болж буй орчныг үндэслэн,

Усаар зөөгдөх бодисын барьер

Хийн урсгалаар зөөгдөх бодисын барьер

2. Миграцын ямар урсгалд, ямар төрхтэй орших бодис сааталд

орж буйг үндэслэн,

минерал ба изоморф хольцуудын туналт (I1, болон К1 )

Ууссан хийн хольц, уурын саатал (I2 болон К2 )

Коллойд байдлаар сорбцлогдсон хэсгүүд (I3 болон К3 ),

амьд болон үхсэн амьтан, ургамалын барьер (I4 болон К4 ),

техноген нэгдлүүдийн барьер (I5 болон К1 )

36

37

Миграцын

орчин

Микрацын урсгалаар шилжиж буй бодисын төрх

Минерал

ба

изоморф

хольц

Ууссан

хийн хольц

ба уур

Коллойд,

түүнд

сорбцлогдсон

бодис

Амьтан

ургамалын

организм

Техноген

нэгдлүүд

Усан

уусмал

I1 +++ I2 I3 + I4 + I5 ++

Хийн

хольц

K1 ++ K2 ++ K3 +++ K4 + K5 ++

МЕХАНИК БАРЬЕРЫН АНГИЛАЛЫН НЭГДСЭН ҮЗҮҮЛЭЛТ

Байгалд тохиолдох үзүүлэлтийг (+) -тэмдгийг тоогоор

харьцуулан харуулав.

Усаар зөөгдөх бодисын барьер

o Усан урсгал тодорхой хугацаанд хатах, уурших явцад минералын

туналт (I1) болно. Тунах, зөөгдөх биетийн масс, нягт болон орчны

ландшафт геохимийн онцлогоос туналт хамаарна.

o Байгалийн (I1) –ээр үүсэх барьер амьд биетэд хорт нөлөө төдийлэн

үзүүлэхгүй, тодорхой минералын орд үүсгэнэ.

Ж: усан барьераас Au, Pt, алмазын уурхай үүсдэг.

o Техноген (I1) –ээр үүсэх барьерын хор нөлөө одоогоор бүрэн

тогтоогдоогүй. Атаманск нуурын ѐроолд үйлдвэрийн хаягдал уснаас

үүссэн 2.5 м2 Zn, 5 м2 Pb –ын үе тогтсон байна.

o Механик барьер (I3) байгальд өргөн тархаагүй ч усан сан, голын

татмуудад үүсдэг.

o Тэнгэсийн эрэг, хаялага, жалгуудад амьд биетийн (I4) -барьер үүснэ

o Механик барьер (I5) үйлдвэрийн хаягдал, түүхий эд усанд шилжих

үед үүснэ. Экологийн аюулгүй байдал гэсэн шинэ асуудлыг үүсгэнэ.

38

39

TYPHOON

40

TYPHOON

Хийн урсгалаар зөөгдөх бодисын барьер:

Хийгээр зөөгдөх бодис К1 – К5 байдлаар сааталд орно.Эдгээр саатал

үндсэндээ байгалийн хүчин зүйлийн нөлөөгөөр явагдана.

o Агарын урсгалаар зөөгдөх элс мезобарьер үүсгэнэ. Элсэн манхан

үүсэх хурд 18-35 м/жил болно.

o Хийн урсгалаар зөөгдөх усны уурын барьерт уулсын тогтолцоо гол

үүрэгтэй. Ж: атлантын далайн үүсгэх усны уур уулс хоорондын

шахагдсан орон зайд (Бразил, Pо-де-Жанеро хот) саатан аадар үүсэнэ.

1966, 1988 оны аадраар 300 хүн нас барж 935 сая $ -ын гарз учирсан.

o Хийн урсгал дахь минералын жижиг хэсэг, тоос, коллоидийн үүсгэх

барьер зузаан бүрхүүл (1969 онд Kраснодарийн хязгаарт 5 м хүрсэн)

үүсгэнэ.

o Механик саатал К4 байнга тохиолдохгүй ч биосферийн өөрчлөлтөд

үлэмж нөлөөтэй байна. Аварга организм, бичил биетэн, минералын

болон коллойд хэсгүүдийн хамт сааталд орно (байгалийн гамшигийн

үед тод илэрнэ.)

o Механик саатал К5 аж үйлдвэрийн өсөлттэй холбоотой илэрдэг.

Хүрээлэн буй орчны чанарын үзүүлэлтийг бууруулна.41

42

TORNADO

43

TORNADO

3. БИОГЕОХИМИЙН БАРЬЕР

Амьд организмын үйлчлэлээр явагдаж буй ХЭ –ийн

миграцын эрчим огцом буурах үед болно

Амьтан ургамал богино хугацаанд химийн

элементийг хуримтлуулдаг бөгөөд үхсэний дараа

нь тодорхой бүст хэдэн зуун жил хадгалагдана.

Ургамалын биомасс амьтныхаас хэдэн мянга

дахин их байна. Усгүй хуурай бодисын масс

2.41012 т байдагаас 2.4109 т нь биомасс байдаг.

Насанд хүрсэн дундач жинтэй нэг хүний массын

98% - ийг O, C, H, N, Cа бүрдүүлнэ.

44

45

Элемент

Кларк, %

(газрын

гадарга)

Организм

дахь

дундач

агуулга,

%

Элемент

Кларк, %

(газрын

гадарга)

Организм

дахь

дундач

агуулга,

%

O

C

H

N

Ca

49

0.35

1

0.04

3.2

61.3

22.8

9.9

2.5

1.4

P

S

K

Na

Cl

0.12

0.04

2.5

2.5

0.017

1.11

0.19

0.19

0.14

0.13

БИОГЕН ЭЛЕМЕНТИЙН ДУНДАЧ АГУУЛГА

БИОГЕОХИМИЙН БАРЬЕРТ НӨЛӨӨЛӨХ ХҮЧИН ЗҮЙЛ:

Биогеохимийн барьерын үед болох химийн элементийн

хуримтлалын хэмжээ амьд организм дахь элементийн

агуулгаас хамаарна.

46

Амьд организм дахь ХЭ –ийн хуримтл дараах хүчин зүйлээс

хамаарна.

3.1. Дотоод хүчин зүйл:

3.1.1. Биохимийн хүчин зүйл (тодорхой

организмын биологийн онцлог)

3.1.2. Кристалохимийн хүчин зүйл (амьд

организмын хайрлагд оролцогч ионы шинж

чанар)

3.2. Гадаад буюу ландшафт геохимийн хүчин зүйл:

Амьд организмын хүнс тэжээлийн орчин,

нөхцөл багтана

3.1.1. Биогеохимийн барьерт нөлөөлөх

БИОХИМИЙН ХҮЧИН ЗҮЙЛ:

Амьтан ургамалын төрөл бүр ХЭ –ийн тодорхой

агууламжтай байна.

47

Химийн найрлагыг үндэслэн амьд организмыг ангилах боломжтой

Адил нөхцөлд ургж байгаа олон төрөл ургамалын хувьд

нэг элементийн агуулга 2 - 5 дахин зөрүүтэй байдаг.

Ж: Цайрын концентрац ус, хөрсөнд огцом өсөхөд ургамалын

навчинд агуулагдах хэмжээ харилцан адилгүй

өөрчлөгдөнө.

Тухайлбал, хайлаас бургасны навч 0.07 масс% Zn,

дубны навч 0.17 масс% Zn,

улиангарын навч 0.73масс% Zn агуулна.

48

Амьтны элементийн агуулга араг яс үүсэхтэй холбоотой

ялгагдана.

Үндсэн араг яс CaCO3 –аас,

Radiolaria (хясааны төрөл) SiO2 -оос,

Acanthoria (нялцгай биет) SrSO4 –өөс тогттоно.

Организм тодорхой элементийг хуримлуулагч,

зайлуулагчтай байдаг тул хүнс тэжээлийн найрлагаас үл

хамаарсан элементийн хуримтлал үүсгэнэ.

Тодорхой эд, эрхтэн дэх элементийн агуулга харилцан

адилгүй байна.

Ж: цөлийн ―сасыра‖ ургамалд байх Pb, Cu –ийн агуулга

навчинд хамгийн их, ишэнд түүнээс 3 дахин бага, жимс

болон үрэнд ишнээс 2 дахин бага байна.

Амьд организмын аль нэг эрхтэн дэх элементийн агуулга

өсөлт болон настай холбоотой өөрчлөгдөнө.

Ж: хөгшин хусан дахь Zn –ын агуулга залуу хуснаас их

байна. Навчинд 1.5 дахин, мөчирт 2 дахин, үндсэнд 1.5

дахин их байна. Энэ шинж чанарыг биогехимийн аргаар

орд газрыг илрүүлэх аргад ашигладаг.

Хонгорзул цэцэг

Хартугалганы агуулга, n10-2

масс%

Хүдрийн бүст Хүдрийн бус бүст

Цэцэглэхээс өмнө

Цэцглэх үед

Цэцглэсэний дараа

Үр үүсэх үед

Боловсорсон үрэнд

-

1.8

1.0

2.3

3.5

0.3

0.4

0.3

1.0

0.649

Хонгорзул цэцэгт агуулагдах Pb –ын агуулга

50

Тодорхой организм дахь ХЭ –ийн агуулга түүний

биологийн үүргээс хамааран харилцан адилгүй

байх бөгөөд тодорхой элементийг ихэсгэх

багасгахад нөлөөлнө.

Ж:

Ургамал дахь Pb ихсэлт Mo –ны ихсэлтэд

хүргэдэг боловч эд эсэд энерги зөөхөд оролцогч

үүргийг нь саатуулдаг. Ингэснээр биологийн

хэрэгцээт Мо –ны хэмжээ багасна.

Хөрсөн агуулагдах Sr -ын ихсэлт амьтдын ясан

дахь Са –ын агуулгыг 5-аас 8 дахин буурахад

хүргэнэ.

3.1.2. Биогеохимийн барьерт нөлөөлөх

КРИСТАЛОХИМИЙН ХҮЧИН ЗҮЙЛ:

Элементийн ионы цэнэг, размераас тэдгээрийн

физологийн төрх хамаарна.

51

oТогтмол валенттай элементүүдийн хувьд биологийн

хуримтлал харьцангуй өндөр байна.

oУргамал дахь ХЭ-ийн хуримтлалыг ―биологийн

шингээлтийн коэффицент‖ (БШK) -оор хэмжинэ.

52

• Уулын чулуулгын үндсэн найрлага өөрчлөгдөхөд,

• Салхи агаарын зөөгдлөөр хөрс эрозид ороход,

• Орчны Т, Р, хийн агуулга, хотгор гүдгэр(рельеф)

өөрчлөгдөхөд

тухайн ландшафтад орших амьтан, ургамалд

агуулагдах ХЭ- ийн концентрац өөрчлөгдөнө.

Ж: хөрсөнд Cr, Cu ихсэхэд ургамал дахь агуулга огцом

өснө.

3.2. Биогеохимийн барьерт нөлөөлөх

ЛАНДШАФТ-ГЕОХИМИЙН ХҮЧИН ЗҮЙЛ:

Амьд организмын нэгэн ижил хэсэгт агуулагдах ХЭ –ийн

агуулга түүний орших ландшафтийн нөхцлөс хамаарна

Бусад барьераас ялгагдах ялгаа:

o Байгалийн нөхцөлд явагдах боломжгүй зохиомлоор бий

болсон байна.

o Миграцад орж буй бүлэг бодис сааталд орж болно.

o Миграцад орж буй бүх бодисоос тодорхой нэг бодис сааталд

орж болно.

o Барьер үүсэр арга зам хүний хүчин зүйлээр

тодорхойлогдоно.

o Барьерийн үед хуримтлагдсан бодис физик химийн шинж

чанараараа харилцан хамааралгүй байна.

o Барьерт орсон бодисын бүрдэл тухайн нийгмийн хөгжлийн

тодорхой тусгал болдог.53

4. СОЦИАЛ ГЕОХИМИЙН БАРЬЕР

Үйлддвэр аж ахуйн хог хаягдал, бүтээгдэхүүний

хуримтлал, оршуулгын үлдэгдэл зэргээс үүснэ

54

Социал геохимийн барьерын онцлог шинж:

• Барьерт өртсөн элементийн агуулгын өөрчлөлт харилцан

бие биеэс хамаарахгүй

• Ихэнх элементийн хуримтлал жигд биш явагдана.

• Асар их талбай эзлэн янз бүрийн геохимийн бүсийг

хамарна.

• Прогноз хийх боломжгүй нөхцлийг үүсгэнэ.

• Ландшафтын эрс өөрчлөлтийг үүсгэнэ

55

Улаанбаатар хот, 2012

5. КОМПЛЕКС ГЕОХИМИЙН БАРЬЕР

Бие биетэйгээ салшгүй холбоотой хэд хэдэн

барьерын хоршлоор үүснэ

Байгальд болж буй барьерууд бие

биеэ нөхцөлдүүлэн комплекс

шинж чанартай болсон байдаг.

Шаварлаг ус хөрсний өнгөн

хэсэгт гарч ирэхэд болох

хүчилтөрөгчийн барьерийн үед

Fe(OH)3 –ын коллойд үүсгэн

тундасжих төмөр(III) нь олон

бүлэг металлыг сорбцлоно Комплекс геохимийн барьер

56

Улаан тэнгисийн давст халуун ус (56 oC) хөрөхөд

термодинамикийн барьер үүснэ. Цайрын хлоридын комплекс

задарч тундасжина.

57

Металлын ион агуулаагүй H2S –ын устай металлын ион

агуулсан ус холилдоход хүхэрустөрөгчийн барьер үүснэ.

Металлыг исэлдүүлэх бактерийн нөлөөгөөр сульфидын

хүдэр уусч хүчилтөрөгчийн болон биогехимийн барьерт

өртөнө.

Бордооны суваг, усан хангамжийн хоолой, хог хаягдлын

хуримтлалын орчин, цэвэрлэх байгууламжууд комплекс

геохимийн барьерт өртдөг төдийгүй цоо шинэ барьер

үүсэх үндэс болно.

Байгаль нуур