Koncept geokemijske barijere povezan je s onečišćenjem okoliša koje je stvorio čovjek kao rezultat migracije kemikalija zajedno s oborinama, podzemnim ili površinskim tokovima vode. Koncentracija štetnih spojeva može doseći 1. razred opasnosti, a njihove najveće dopuštene vrijednosti mogu biti prekoračene nekoliko puta, što dovodi do pojave geokemijskih anomalija u podzemnim vodama i akumulacijama čak i na velikim udaljenostima od izvora onečišćenja. Studije geokemijskih barijera dale su nove informacije o mogućnosti smanjenja mobilnosti toksičnih spojeva.
Definicija
Izraz "geokemijska barijera" prvi je uveo ruski znanstvenik AI Perelman. Njegova bit leži u označavanju područja zemljine kore, gdje dolazi do naglog smanjenja intenziteta migracije i koncentracije kemikalija. Kao rezultat, oni prelaze iz stanja tehnogene disperzije u stabilne mineralne asocijacije. Ove barijere su naviklizaštiti okoliš od industrijskog onečišćenja.
Ova teorija se najviše koristi u ekologiji, geologiji, geokemiji krajolika, oceana i mora. Jednostavan primjer barijere je migracija podzemne vode zasićene ionima željeza. Pod zemljom, ovaj element je gotovo potpuno otopljen u tekućini. Po dolasku na površinu željezo se pod utjecajem kisika oksidira, a metal se taloži u obliku soli, odnosno prelazi u mineralnu fazu. Isti se fenomen opaža kada se otopina željeza transportira kroz vodovodne cijevi. U ovom slučaju govore o barijeri koju je napravio čovjek.
Geokemijske barijere i njihova klasifikacija
Prepreke se razlikuju po nekoliko značajki:
- Prema podrijetlu (genetska klasifikacija): prirodno; tehnogeni (nastaju u procesu ljudske aktivnosti); prirodno-tehnološki.
- Po veličini: makrogeokemijske barijere, u kojima dolazi do smanjenja migracijskih procesa na udaljenostima reda tisuća metara; mezobarijere (od nekoliko metara do 1 km); mikrobarijere (od nekoliko milimetara do nekoliko metara).
- Prema prirodi kretanja tvari: bilateralno - migracija tokova s različitih strana, različite vrste asocijacija mogu se taložiti u barijeru (prikazano na donjoj slici); bočno (subhorizontalno); mobilni; radijalno (podvertikalno).
- Prema načinu ulaska tvari: difuzija; infiltracija.
Prirodne i umjetne vrste
Među gornjim vrstama geokemijskih barijera razlikuju se sljedeće klase:
- Mehanički. Tijekom migracije tvari njihova se faza ne mijenja, ali se kreću (najčešće unutar biosfere). Primjer je valjanje krhotina duž obronaka planina.
- Fizičko-kemijski. Barijere nastaju kao rezultat promjena u fizikalno-kemijskom okruženju. Trenutno je ova klasa fenomena najviše proučavana i sistematizirana (njezin opis je dat u nastavku).
- Biogeokemijska (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 prirodne i geokemijske barijere koje je napravio čovjek (migracija otpada na poljoprivredno zemljište i pašnjake).
Složene prepreke
Kada se nekoliko klasa ovih fenomena superponira u prostoru, nastaje složena geokemijska barijera, koja je izolirana u zasebnu nezavisnu kategoriju. Znanstvenici vjeruju da u prirodnim uvjetima takve barijere zauzimaju jedno od vodećih mjesta. Primjer je kombinacija barijera kisika i sorpcije u planinskim područjima:
- izvori koji se uzdižu na površinu zemlje u gleskim horizontima zasićeni su otopljenim željeznim hidroksidima, koji se oksidiraju pod utjecajem atmosferskog zraka (kisikova barijera);
- precipitirajući koloidi su dobri sorbenti za drugekemijski spojevi;
- kao rezultat toga, formira se druga sorpcijska barijera.
O velikoj ulozi složenih barijera svjedoči i činjenica da su zbog njih nastala mnoga mineralna ležišta.
Različite fizičke i kemijske barijere
Razlikuju se sljedeće vrste fizičkih i kemijskih barijera:
- Kisik. Oksidacija se događa u prisutnosti velike količine slobodnog kisika u vodama koje se približavaju barijeri.
- Sulfid (vodikov sulfid). Taloženje tvari u reakciji s H2S.
- Gley. Ovu barijeru karakterizira redukcijska reakcija (bez slobodnog kisika i sumporovodika).
- Alkalan. Kao rezultat smanjenja kiselosti dolazi do stvaranja hidroksida i karbonata, koji precipitiraju u netopivi talog.
- Kiselina. Sa smanjenjem pH, uočava se stvaranje slabo topljivih soli.
- Evaporativno. Koncentracija migratornih tvari povećava se zbog isparavanja vode i kristalizacije soli.
- Sorpcija. Dolazi do ekstrakcije određenih tvari zahvaljujući prirodnim sorbentima (glina, humus i drugi).
- Termodinamički. Povećanje koncentracije i taloženja tvari s naglim kolebanjem tlaka i temperature. Ovaj proces je najizraženiji u vodama koje sadrže ugljičnu kiselinu.
Podrazredi
U skupini fizikalnih i kemijskih barijera postoji i gradacija po podklasama. Ukupnoima ih 69. Razlikuju se u acidobaznim karakteristikama za svaku vrstu barijera.
Među mehaničkim preprekama postoje podklase ovisno o stanju agregacije i drugim karakteristikama tvari u migracijskom toku:
- minerali i izomorfne nečistoće;
- otopljeni plinovi (para);
- koloidni sustavi;
- spojevi sintetičkog porijekla;
- životinje i biljni organizmi.
Primjeri
Jednostavni primjeri geokemijskih barijera fizikalno-kemijske klase su sljedeći:
- U vlažnoj klimi u šumama nastaje snažno leglo otpalog lišća. Posebnost podzemne vode u takvim uvjetima je da je siromašna kisikom. Kao rezultat toga, kemijski elementi se ispiraju iz tla, uključujući mangan i željezo. Kada dođu na površinu, počinje njihova oksidacija stvaranjem netopivih hidroksida (kisikova barijera). Ovaj mehanizam dovodi do stvaranja prirodnih naslaga sumpora.
- Ako se na povišenoj parceli nalaze naslage minerala koji sadrže sulfide željeza i drugih metala, tada njihovo ispiranje prirodnim oborinama doprinosi stvaranju podzemnih voda kiselom reakcijom okoliša. U nizinama, pod visokom vlagom i anaerobnim (bez kisika) uvjetima, sulfati se reduciraju u sulfide (sulfidna barijera). Depoziti bakra, selena i urana često su ograničeni na takav mehanizam.
- Ako je tlo sastavljeno od vapnencastijena, zatim u vlažnoj klimi, pod utjecajem raspadajućih organskih ostataka, dolazi do ispiranja željeza, nikla, bakra, kob alta i drugih elemenata. Vapnenci stvaraju alkalnu geokemijsku barijeru koja pomaže neutralizirati kiselu podzemnu vodu i stvarati netopive hidrokside.
Društvene prepreke
U modernoj geokemiji izdvaja se i nova podklasa - društvene geokemijske barijere. Njihova je prepoznatljiva značajka to što se prethodno nisu pojavili u prirodnim uvjetima za one spojeve koji su koncentrirani na njih. Barijere ove podklase razmatraju se samo u kontekstu umjetnih ili složenih geokemijskih barijera.
Među njima postoje 4 podklase:
- kućanstvo (odlagališta čvrstog ili tekućeg kućnog otpada);
- gradnja;
- industrijski;
- mješovite barijere (odlagališta za građevinski, industrijski i kućni otpad).
