Практическое приложение геохимии (прикладная геохимия)

Теоретические представления геохимии и биогеохимии используются при решении практических проблем, связанных с минеральным сырьем, здравоохране­нием, сельским хозяйством, охраной среды.

Важнейшими понятиями приклад­ной геохимии служат «геохимическое поле», «геохимическая аномалия», «геохимический фон». Их определения приводится по А. П. Соловову. Геохи­мическое поле - пространство, характеризуемое количественными содер­жаниями химических элементов. Сред­нее (модальное) содержание химиче­ского элемента в пределах геохимически однородной системы (участка) представляет собой геохимический фонданной системы (участка). Область фоновых содержаний нередко именуется нормальным геохимическим полем. Геохимическая аномалияпред­ставляет собой область содержаний химического элемента или численных значений других геохимических пока­зателей (рН, Eh и т. д.) на заданном уровне, отличающихся от геохимического фона. Аномалии могут быть гло­бальными, региональными, локальны­ми, точечными и т. д. К геохимическим аномалиям принадлежат и рудные месторождения. Различают положи­тельные (выше фона) и отрицатель­ные (ниже фона) аномалии.

Наиболее разработано применение геохимии при поисках полезных иско­паемых. Соответствующий раздел гео­химии оформился в самостоятельную прикладную науку.

Геохимические методы поисков по­лезных ископаемых.В результате кон­центрации элементов образуются мес­торождения полезных ископаемых. Та часть поля концентрации, в которой содержание элементов достигает ве­личин, допускающих их эксплуата­цию, называется рудным телом или залежью полезного ископаемого,а само вещество с кондиционным содер­жанием элемента - рудой. Остальная часть поля концентрации именуется первичным геохимическим ореолом месторождения.Он, следовательно, образовался одновременно с рудным телом и в результате тех же процес­сов. Реже для первичного ореола ха­рактерны пониженные, по сравнению с рудовмещающими породами, содер­жания рудных и сопутствующих элементов. Граница между рудным телом и первичным ореолом месторождения определяется требованиями промышленности. Например, в конце 19 в. в США перерабатывались мед­ные руды с содержанием металла бо­лее 5%, и прилегающие породы, содер­жащие первые проценты меди, пред­ставляли первичный ореол. В сере­дине XX в. перерабатывались уже руды с 1% меди, и то, что ранее считалось первичным ореолом, стало рудой. Ли­нейные размеры первичных ореолов измеряются десятками, сотнями и ты­сячами метров, причем нередко ореол достигает земной поверхности, в то время как рудное тело расположено на глубине.

Под влиянием гипергенных процес­сов рудные тела и первичные ореолы подвергаются выветриванию и дену­дации. В результате почва, кора вы­ветривания, континентальные отложе­ния вблизи месторождения обогаща­ются рудными элементами и их спут­никами. При выщелачивании руд и ореолов элементы поступают в по­верхностные и подземные воды. Растения также накапливают рудные эле­менты, повышается их содержание и в животных. Так возникает поле повы­шенной концентрации элементов в ландшафте, образующее вторичный (эпигенетический) ореол рассеяния.По среде проявления различают вто­ричные ореолы в почвах и породах - литохимические,в водах - гидрогео­химические,атмосфере - атмохимические и организмах - биогеохимиче­ские [4,8].

Размеры вторичных ореолов до­стигают сотен и тысяч метров. Со­держание индикаторных элементов в литохимических ореолах может лишь незначительно отличаться от их содер­жания во вмещающих породах, причем искомые элементы в подавляющем большинстве случаев находятся в не­минеральной форме (адсорбированы глинами и т. д.). Определяя содержа­ние химических элементов в горных породах, во всех компонентах ланд­шафта - почвах, рыхлых отложениях, водах, растениях, атмосфере, можно обнаружить первичный или вторичный ореол, а по нему и само месторож­дение. Подобные методы поисков и получили наименование геохимиче­ских. По объекту опробования они разделяются на четыре основных вида: литохимические, гидрогеохимические, биогеохимические и атмохимические (газовые) методы.

Наибольшее распространение по­лучили литохимические поиски, осно­ванные на исследовании закономер­ностей распределения химических элементов в горных породах и почвах. Один из распространенных вариантов литохимических поисков состоит в сле­дующем: на площади поисков разби­вается сеть профилей (например, при поисках в масштабе 1:50 000 через 500 м). На каждом профиле через 50 м отбирается образец почвы, кото­рый анализируется - приближенно-ко­личественным спектральным анали­зом на 30-40 элементов. Для отдель­ных элементов составляются карты изоконцентрат, а обработка данных с помощью математической статистики позволяет выделить геохимические аномалии. При этом важное значение приобрела проблема выде­ления и усиления полезного сигнала, отделения его от случайных флуктуа­ции - «шума». Эта задача решается различными методами.

Геохимические аномалии разделя­ются на рудные(связанные с оруденением) и безрудные(не имеющие связи с оруденением). Если на основе комплекса признаков установлена рудная природа аномалии, то она мо­жет быть вторичным ореолом рассея­ния месторождения. С помо­щью литохимической съемки масшта­ба 1:50 000 открыты многие рудные месторождения. Только в Казахстане в данном масштабе заснято свыше 600 000 км², проанализировано более 60 млн. проб. Литохимические поиски нашли широкое применение также в Австралии, США, Канаде и других странах. Менее распространены гидро­геохимические, биогеохимические и газовые поиски.

Использование геохимии при про­гнозировании, разведке и эксплуата­ции месторождений.Одна из важней­ших практических задач всех геологи­ческих наук состоит в выборе района для поисков месторождений, т. е. вот­вете на вопрос, где искать. Эта зада­ча решается комплексом методов, существенный вклад в ее решение вно­сит и геохимия с помощью геохимиче­ских критериев оруденения. Они весь­ма разнообразны и будут освещены в последующих разделах.

Практическое значение геохимии для прогнозирования месторождений полезных ископаемых особенно под­черкивал А. Е. Ферсман. Это была первая область практического прило­жения геохимии.

Геохимические идеи и методы ис­пользуются также при разведке и эксплуатации месторождений. В ряде случаев они открывают принципиаль­но новые возможности производства (использование подземного выщела­чивания при добыче руд и др.).

Геохимия и здравоохранение.Здо­ровье человека во многом определяет­ся содержанием химических элемен­тов в окружающей среде - почве, воде, атмосфере, продуктах питания. Существуют оптимальные содержания, нарушение которых приводит к забо­леваниям. Так, при недостатке йода в ландшафте или пище развиваетсяэндемический зоб (особенно в горных районах), при дефиците фтора в пить­евой воде - кариес зубов, при избыт­ке фтора - флюороз, при избытке мо­либдена в воде - подагра и т. д. За­дача геохимии состоит визучении за­конов распределения химических эле­ментов в ландшафтах и, таким образом, в предоставлении медицине ис­ходных данных для выяснения причин заболеваний, разработки их профилактики и методов лечения. Весьма перспективно ис­пользование геохимии в курорт­ном строительстве, при изучении долголетия и других проблем меди­цины [1,2].

Геохимия и сельское хозяйство. Многие болезни культурных растений и домашних животных также связаны с дефицитом или избытком химиче­ских элементов в окружающей среде. Известны болезни животных и расте­ний, обязанные дефициту или избыт­ку кальция, меди, кобальта, бора, свинца, селена и других элементов. Как и люди, домашние животные бо­леют эндемическим зобом, кариесом, флюорозом и т. д.

Геохимические исследования акту­альны в мелиорации (особенно при оро­шении), при применении удобрений и минеральной подкормки животных, при решении других вопросов сель­ского хозяйства.

Геохимия и химическая технология. Изучая законы распределения химиче­ских элементов в горных породах и минералах, геохимия изыскивает но­вые источники сырья для промышлен­ности. Так, с помощью геохимических методов были установлены источники рения (молибденовые руды), гафния (цирконы), кадмия и индия (полиме­таллические руды), германия (зола углей) и т. д.

Выявляя ассоциацию элементов, характерную для определенного типа руд, геохимик фиксирует внимание технолога на их комплексном составе, на необходимости извлечения всех компонентов (а не только главных). Зная природные процессы образова­ния и разрушения месторождений, геохимик может наметить и наиболее рациональные пути извлечения элементов из руд.

Биогеохимия и проблема окружающей среды. Добыча полезны; ископаемых, сжигание нефти, газа угля, выплавка металлов из руд, экспорт, импорт, развитие земледелия и животноводства, урбанизация ока­зывают настолько сильное влияние на миграцию химических элементов, что возникает необходимость в выделении особой категории геохимических процессов - техногенной миграции (техногенез) [1,2].