Koncept geohemijske barijere povezan je sa zagađenjem životne sredine koje je prouzrokovao čovek kao rezultat migracije hemikalija zajedno sa padavinama, podzemnim ili površinskim tokovima vode. Koncentracija štetnih jedinjenja može dostići klasu opasnosti 1, a njihove maksimalno dozvoljene vrednosti mogu biti višestruko prekoračene, što dovodi do pojave geohemijskih anomalija u podzemnim vodama i rezervoarima čak i na velikim udaljenostima od izvora zagađenja. Studije geohemijskih barijera dale su nove informacije o mogućnosti smanjenja mobilnosti toksičnih jedinjenja.
Definicija
Izraz "geohemijska barijera" prvi je uveo ruski naučnik AI Perelman. Njegova suština leži u označavanju područja zemljine kore, gdje dolazi do naglog smanjenja intenziteta migracije i koncentracije hemikalija. Kao rezultat, oni prelaze iz stanja tehnogene disperzije u stabilne mineralne asocijacije. Ove barijere su naviklizaštiti okoliš od industrijskog zagađenja.
Ova teorija se najviše koristi u ekologiji, geologiji, geohemiji pejzaža, okeana i mora. Jednostavan primjer barijere je migracija podzemnih voda zasićenih ionima željeza. Pod zemljom, ovaj element je skoro potpuno otopljen u tečnosti. Po dolasku na površinu, željezo se oksidira pod utjecajem kisika, a metal se taloži u obliku soli, odnosno prelazi u mineralnu fazu. Isti fenomen se opaža kada se rastvor gvožđa transportuje kroz vodovodne cevi. U ovom slučaju govore o barijeri koju je napravio čovjek.
Geohemijske barijere i njihova klasifikacija
Barijere se razlikuju po nekoliko karakteristika:
- Prema porijeklu (genetska klasifikacija): prirodno; tehnogeni (nastaju u procesu ljudske aktivnosti); prirodno-tehnološko.
- Po veličini: makrogeohemijske barijere, u kojima dolazi do smanjenja migracijskih procesa na udaljenostima od nekoliko hiljada metara; mezobarijere (od nekoliko metara do 1 km); mikrobarijere (od nekoliko milimetara do nekoliko metara).
- Po prirodi kretanja supstanci: bilateralno - migracija tokova sa različitih strana, različite vrste asocijacija se mogu taložiti u barijeru (prikazano na slici ispod); bočno (subhorizontalno); mobilni; radijalno (subvertikalno).
- Prema načinu na koji supstance ulaze: difuzija; infiltracija.
Prirodne i umjetne vrste
Među gore navedenim tipovima geohemijskih barijera razlikuju se sljedeće klase:
- Mechanical. Tokom migracije supstanci, njihova faza se ne mijenja, ali se kreću (najčešće unutar biosfere). Primjer je valjanje krhotina duž obronaka planina.
- Fizičko-hemijski. Barijere nastaju kao rezultat promjena u fizičko-hemijskom okruženju. Trenutno je ova klasa fenomena najviše proučavana i sistematizovana (njegov opis je dat u nastavku).
- Biogeohemijske (fitobarijere i zoobarijere). Karakterizira ih promjena oblika države i mali put migracije. Najčešće je takva barijera povezana s nakupljanjem kemijskih elemenata kao rezultat vitalne aktivnosti životinja i biljaka. Ova klasa uključuje i prirodne i geohemijske barijere koje je napravio čovjek (migracija otpada na poljoprivredno zemljište i pašnjake).
Složene barijere
Kada se nekoliko klasa ovih fenomena superponira u prostoru, nastaje složena geohemijska barijera, koja se izdvaja u zasebnu nezavisnu kategoriju. Naučnici vjeruju da u prirodnim uvjetima takve barijere zauzimaju jedno od vodećih mjesta. Primjer je kombinacija kisikovih i sorpcijskih barijera u planinskim područjima:
- izvori koji se uzdižu na površinu zemlje u glejskim horizontima zasićeni su otopljenim željeznim hidroksidima, koji se oksidiraju pod utjecajem atmosferskog zraka (kiseonička barijera);
- precipitirajući koloidi su dobri sorbenti za drugehemijska jedinjenja;
- kao rezultat, formira se druga sorpciona barijera.
O velikoj ulozi kompleksnih barijera svjedoči i činjenica da su se zbog njih formirala mnoga nalazišta minerala.
Razne fizičke i hemijske barijere
Razlikuju se sljedeće vrste fizičkih i hemijskih barijera:
- Oxygen. Oksidacija se dešava u prisustvu velike količine slobodnog kiseonika u vodama koje se približavaju barijeri.
- Sulfid (vodonik sulfid). Precipitacija supstanci u reakciji sa H2S.
- Gley. Ovu barijeru karakteriše redukciona reakcija (bez slobodnog kiseonika i sumporovodika).
- Alkalan. Kao rezultat smanjenja kiselosti, formiranje hidroksida i karbonata, koji precipitiraju u nerastvorljivi talog.
- Acid. Sa smanjenjem pH, uočava se stvaranje slabo rastvorljivih soli.
- Evaporative. Koncentracija migratornih supstanci se povećava zbog isparavanja vode i kristalizacije soli.
- Sorpcija. Dolazi do ekstrakcije određenih supstanci zahvaljujući prirodnim sorbentima (glina, humus i dr.).
- Termodinamički. Povećanje koncentracije i taloženja supstanci sa naglim fluktuacijom pritiska i temperature. Ovaj proces je najizraženiji u vodama koje sadrže ugljičnu kiselinu.
Podklase
Među grupom fizičkih i hemijskih barijera postoji i gradacija po podklasama. Ukupnoima ih 69. Razlikuju se po acidobaznim karakteristikama za svaku vrstu barijera.
Među mehaničkim preprekama postoje podklase u zavisnosti od stanja agregacije i drugih karakteristika supstance u migracijskom toku:
- minerali i izomorfne nečistoće;
- otopljeni gasovi (para);
- koloidni sistemi;
- jedinjenja sintetičkog porijekla;
- životinje i biljni organizmi.
Primjeri
Jednostavni primjeri geohemijskih barijera fizikalno-hemijske klase su sljedeći:
- U vlažnoj klimi u šumama formira se moćno leglo otpalog lišća. Posebnost podzemne vode u takvim uslovima je da je siromašna kiseonikom. Kao rezultat toga, hemijski elementi se ispiraju iz tla, uključujući mangan i željezo. Kada dođu na površinu, njihova oksidacija počinje stvaranjem nerastvorljivih hidroksida (kiseonička barijera). Ovaj mehanizam dovodi do stvaranja prirodnih naslaga sumpora.
- Ukoliko na povišenoj parceli postoje naslage minerala koji sadrže sulfide željeza i drugih metala, onda njihovo ispiranje prirodnim padavinama doprinosi stvaranju podzemnih voda kiselom reakcijom okoline. U nizinama, pod visokom vlažnošću i anaerobnim (bez kiseonika) uslovima, sulfati se redukuju u sulfide (sulfidna barijera). Depoziti bakra, selena i uranijuma često su ograničeni na takav mehanizam.
- Ako je tlo sastavljeno od krečnjakastena, zatim u vlažnoj klimi, pod uticajem raspadajućih organskih ostataka dolazi do izluživanja gvožđa, nikla, bakra, kob alta i drugih elemenata. Krečnjaci stvaraju alkalnu geohemijsku barijeru koja pomaže u neutralizaciji kiselih podzemnih voda i formiranju nerastvorljivih hidroksida.
Društvene barijere
U modernoj geohemiji izdvaja se i nova podklasa - društvene geohemijske barijere. Njihova karakteristična karakteristika je da nisu ranije nastali u prirodnim uslovima za one spojeve koji su koncentrisani na njih. Barijere ove potklase se razmatraju samo u kontekstu umjetnih ili složenih geohemijskih barijera.
Među njima postoje 4 podklase:
- domaćinstvo (deponije čvrstog ili tečnog kućnog otpada);
- gradnja;
- industrial;
- mješovite barijere (deponije za građevinski, industrijski i kućni otpad).
