БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (ГЕ)

  Литофильные (от греч. lнthos - камень и philйM - люблю, имею склонность) - элементы горных пород. На внешней оболочке их ионов, как в атомах инертных газов, располагаются по 8 электронов (в ряду Li - по два). Они трудно восстанавливаются до элементарного состояния; наиболее характерны для них соединения с кислородом (подавляющая масса этих элементов входит в состав силикатов). В природе встречаются также в виде окислов, галогенидов, фосфатов, сульфатов, карбонатов. Преимущественно парамагнитны; располагаются на нисходящих участках кривой атомных объёмов. К ним относятся 54 элемента: щелочные и щёлочноземельные, В, Al, Sc, лантаноиды и актиноиды (Ac, Th, Pa, U); С, Si, Ti, Zr, Hf, P, V, Nb, Та, О, Cr, W, галогены и Mn (возможно Тс и At).

  Халькофильные (от греч. chalkуs - медь), по В. М. Гольдшмидту, или тиофильные (от греч. thйion - сера), по Дж. Р. Гиллебранду (1954), - элементы сульфидных руд: Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, S, Se, Те. На внешней оболочке их катионов располагаются 18 электронов (S ^{2 -}, Se ^2-, Те ^{2 -}по 8 электронов). В природе встречаются в виде сульфидов, селенидов, теллуридов и сульфосолей (исключением является олово, в виде касситерита SnO ₂). В элементарном состоянии в природе встречаются Au, Ag, Cu, As, S, Bi и некоторые др. Преимущественно диамагнитны, располагаются на восходящих участках кривой атомных объёмов.

  Сидерофильные (от греч. sнdros - железо) - элементы с достраивающейся электронной оболочкой. Сюда относятся все элементы VIII гр. периодической системы, а также Мо и Re - всего 11 элементов. Располагаются в минимумах кривой атомных объёмов, ферромагнитны и парамагнитны. Обнаруживают специфическое химическое сродство к мышьяку (сперрилит PtAs ₂, леллингит FeAs ₂, хлоантит NiAs ₂, кобальтин CoAsS), несколько меньше к сере [пептландит (Fe, Ni) ₉S ₈, молибденит MoS ₂и др.], а также к P, С, N. Платиноиды в природе находятся преимущественно в элементарном состоянии, железо как в виде окислов и силикатов, так и в виде сульфидов, реже арсенидов и в само родном состоянии.

Атмофильпые (от греч. atmуs- пар, испарение) - элементы атмосферы. К этой группе относятся все инертные газы (от Не до Rn), N и Н - всего 8 элементов. В природе для них характерно газообразное состояние. Большинство из них имеет атомы с заполненной электронной внешней оболочкой, располагаются в верхних частях кривой атомных объёмов; преимущественно диамагнитны. Для большинства (кроме водорода, близкого к литофильным элементам) характерно нахождение в природе в элементарном состоянии.

  По приведённой классификации все элементы распределяются по главнейшим генетическим и парагенетическим природным ассоциациям. Понятия «биофильные» (элементы живых организмов) и «талассо-фильные» (элементы морской воды) лежат вне этой классификации.

  Лит.:Ферсман А. Е., Геохимия, т. 1, Л., 1933; Щербина В. В., Геохимия, М. - Л., 1939; GoIdschmidt V. М., Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente, Bd 1-8, Kristiania, 1923-27; Воиткевич Г. В. [и др.]. Краткий справочник по геохимии, М., 1970. В. В. Щербина.

Геохимическая фация

Геохими'ческая фа'ция, совокупность физико-химических условий среды, определяющих характер седиментации и диагенеза осадков. Г. ф. характеризуется ограниченными колебаниями значений концентрации водородных ионов (pH), окислительно-восстановительного потенциала (Eh), температуры, минерализации и солевого состава вод, концентрации органического вещества в осадках и сопровождается типичными ассоциациями аутигенных минералов . Параметры, свойственные той или иной Г. ф., могут быть непосредственно измерены в современных морских и внутриматериковых водоёмах и лишь с известным приближением реконструированы для древних бассейнов. Обычно основой для этого служат количественные соотношения аутигенных минералов поливалентных элементов (Fe, Mn, U, S и др.), обладающих определёнными полями устойчивости в рамках системы Eh-pH.

  Выделяют две основные группы Г. ф.- континентальные и морские. Первые отличаются преимущественным развитием окислительных условий (избыток свободного кислорода), тогда как вторые - широким диапазоном условий, от резко восстановительных, развитых обычно в осадках, обогащенных органическим веществом (сульфидные Г. ф.), через нейтральные (лептохлоритовые Г. ф.) до резко окислительных (Г. ф. окислов и гидроокислов железа).

  Г. ф. изменяются во времени в сторону большей их восстановленности в условиях устойчивого накопления осадков на дне прогибающихся бассейнов либо в сторону большей их окисленности - при подъёме морского дна. Понятие «Г. ф.» впервые введено в науку советским литологом Л. В. Пустоваловым (1933).

  Лит.:Пустовалов Л. В., Геохимические фации и их значение в общей и прикладной геологии, «Проблемы советской геологии», 1933, т. 1, № 1; Ферсман А. Е., Геохимия, т. 2, Л., 1934; Теодорович Г. И., Осадочные геохимические фации, «Бюл. Московского общества испытателей природы. Отдел геологический», 1947, т. 22(1); Гуляева Л. А., Геохимические фации, окислительно-восстановительные обстановки и органическое вещество осадочных пород, в кн.: Советская геология, сб. 47, М., 1955.

  А. Б. Ронов.

Геохимические карты

Геохими'ческие ка'рты, карты, отображающие закономерности пространственного распределения химических элементов в горных породах. Выявляют области рассеяния и зоны концентрации элементов в разных типах пород (изверженных, осадочных, метаморфических) и в пределах различных структурных зон региона.

  Согласно классификации А. Е. Ферсмана, различают общие и частные Г. к. Общие

Г. к. составляются на основе использования качественных и полуколичественных аналитических данных, которые наносятся на генерализованную геологическую или тектоническую основу в виде химических символов различной величины и формы и показывают участки присутствия или повышенной концентрации отдельных элементов и их групп. При составлении частных (поэлементных) Г. к. используются результаты количественных определений, характерных для данного региона элементов. Частные Г. к. обычно составляются для элементов, определяющих металлогеническую и промышленную специализацию региона (например, Cu, Pb, Zn, Ni, U и др.), или для сопутствующих элементов-индикаторов, имеющих большое поисковое значение (например, S, As, Sb, F, С1 и др.). Изменения абсолютных или относительных (по сравнению с кларком) содержаний каждого из элементов в породах на площади региона отображаются сменой цветов раскраски или изолиниями.

  При геохимическом картировании территорий, сложенных осадочными или осадочно-вулканогенными породами и хорошо обеспеченных буровыми данными, наиболее рационально построение литолого-геохимических карт. На литолого-геохимических картах (см. карту ) изолинии отображают количественное изменение содержания какого-либо одного характерного элемента или величины отношения геохимически близкой пары элементов в стратиграфически одновозрастных толщах, отлагавшихся в пределах древнего бассейна седиментации. Литолого-палеогеографическая основа такой карты позволяет рассматривать концентрации элемента (например, Al, Fe, Mn, Р, U и др.) на фоне реконструируемых фациальных и климатических условий образования осадков данного возраста; при этом учитываются расположение древних береговых линий, областей сноса, их петрографический состав, а при достаточном количестве исходных данных - и физико-химические условия, существовавшие в области выветривания и в толще осадков на дне бассейна.

  Г. к. вместе с прилагаемыми к ней разрезами, гистограммами , таблицами химических и минералогических анализов и др. геохимическими материалами помогают истолковывать причины возникновения аномальных (промышленных) концентраций элементов по сравнению с фоновыми их содержаниями во вмещающих породах региона. Г. к. существенно дополняют данные прогнозно-металлогенических карт, способствуя выявлению перспективных площадей при поисках месторождений эндогенных и экзогенных полезных ископаемых. Отражение на Г. к. областей повышенных и особопониженных концентраций некоторых элементов (например, J, В, Sr, Cu и др.) представляет также особый интерес для медицины и сельского хозяйства, т.к. с ними связаны заболевания человека и животных (см. Биогеохимические провинции , Биогеохимические эндемии ). Особенности миграции химических элементов в условиях современного ландшафта выявляются с помощью составления ландшафтно-геохимических карт (см. Геохимия ландшафта ).

  Лит.:Гинзбург И. И., Муканов К. М., Основные принципы составления геохимических карт рудных районов при металлогенических исследованиях, в кн.: Металлогенические и прогнозные карты, А.-А., 1959; Казмин В. Н., Орлов И. В., К вопросу о принципах составления геохимических карт при геологической съемке, «Советская геология», 1966, № 6; Ронов А. Б., Ермишкина А. И., Методика составления количественной литолого-геохимической карты, «Доклады АН СССР», 1953, т. 91, № 5; Ферсман А. Е., Геохимические и минералогические методы поисков полезных ископаемых, Избранные труды, т. 2, часть 3, М., 1953, разд. 6 (геохимическое картирование), с. 556-559.

  А. Б. Ронов.

Геохимическая карта.

Геохимические поиски

Геохими'ческие по'искиполезных ископаемых, методы, основанные на исследовании закономерностей распределения химических элементов в литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере с целью обнаружения месторождений полезных ископаемых. Соответственно характеру вещества, исследуемому в геологопоисковых целях, различают литохимические, гидрохимические, атмохимические (газовые) и биогеохимические методы.

  Местное среднее содержание химических элементов в горных породах, почвах, природных водах, в приземной атмосфере и растениях в удалении от месторождений характеризует т. н. геохимический фон ( С _ф), близкий к цифрам кларков элементов. Вблизи залежей полезных ископаемых содержания химических элементов закономерно изменяются, образуя геохимические аномалии - признаки возможного нахождения промышленных месторождений. Эти аномалии представляют собой первичные и вторичные ореолы и потоки рассеяния вещества полезного ископаемого (см. Ореолы рассеяния ), возникающие в процессе образования месторождений или в результате последующей миграции химических элементов. Геохимические ореолы месторождений значительно превышают размеры залежей и нередко приурочены к покрывающим породам, т. е. расположены вблизи поверхности, что облегчает их обнаружение и в благоприятных условиях определяет высокую эффективность Г. п. В отличие от промышленного содержания полезных компонентов в залежах, содержание тех же химических элементов в аномалиях часто лишь ничтожно отличается от местного фона, что требует для их обнаружения высокочувствительных методов. Например, при Г. п. месторождений ртути анализ горных пород ведётся с чувствительностью 1·10 ^-8% Hg, золота 1·10 ^-8% Au, что соответственно в 10 млн. и в 3 тыс. раз меньше промышленного содержания этих металлов. Критерием для выделения аномалий служит содержание химического элемента, зависящее от нормального или логнормального закона распределения фоновых содержаний.

  Г. п. проводятся систематическим определением содержаний химических элементов в пределах исследуемого района путём отбора проб по определённой поисковой сетке для последующего анализа их состава. В пробах определяют содержание химических элементов искомого полезного ископаемого - основных ценных компонентов залежи или их спутников. Более прогрессивны Г. п., не требующие отбора проб (воздушные и автомобильные методы) с непрерывной автоматической записью, или пешеходные с отсчётом показаний приборов в точках наблюдений. Такие приборы пока созданы для определения содержаний ограниченного числа химических элементов (например, радиометры, бериллометры).

  Наиболее широко проводятся Г. п. рудных месторождений, важнейшее значение среди них имеет литохимическая съёмка , которая основана на массовом опробовании горных пород и продуктов их выветривания. С помощью этого метода открыты многие месторождения цветных, редких металлов и золота, в том числе находящиеся в скрытом залегании и недоступные для выявления обычными геологическими методами. Гидрохимический метод основан на исследовании состава природных поверхностных и подземных вод путём получения сухого остатка, соосаждения или экстракции рудных элементов с последующим спектральным или химическим анализом. При поисках сульфидных месторождений индикаторами оруденения могут служить пониженные значения pH и высокие содержания в водах сульфат-иона (SO ₄»). Г. п. месторождений нефти и газа основаны на определения содержаний углеводородных газов в почвенном воздухе или в пробах горных пород (см. Газовая съёмка , Газовый каротаж ). Биогеохимический метод основан на исследовании химического состава растений, обычно путём их предварительного озоления и последующего спектрального анализа. Применение гидро- и биогеохимических методов целесообразно в условиях, неблагоприятных для проведения литохимических поисков.

  В результате Г. п. составляются карты и графики содержаний элементов-индикаторов полезных ископаемых, по которым с учётом геологических и др. данных проводится интерпретация выявленных геохимических аномалий; среди них, как правило, только немногие отвечают промышленным месторождениям. Поэтому оценка геохимических аномалий требует тщательного анализа условий рассеяния и концентрации химических элементов на основе теоретических законов геохимии.Возрастающее значение при обработке результатов Г. п. получают математические методы с использованием ЦВМ. Эффективность Г. п. обеспечивается их совместным проведением с геологическими и геофизическими исследованиями, в сочетании с проходкой горных выработок и буровых скважин.

  Теоретические основы Г. п. были заложены в трудах В. И. Вернадского ; впервые эти методы получили применение в СССР (Н. И. Сафронов, А. П. Соловов, В. А. Соколов).

  Лит.:Вернадский В. И., Избр. соч., т. 1, М., 1954; Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений, М., 1965: Сафронов Н. И., Основы геохимических методов поисков рудных месторождений, Л., 1967.

Геохимические провинции

Геохими'ческие прови'нции,отдельные области и районы, характеризующиеся специфическим преобладанием одних химических элементов (в изверженных горных породах называется «специализацией» по тому или иному химическому элементу) и недостатком других. Проявляется в отклонении от соотношений средних содержаний химических элементов (см. Кларки ) в земной коре: чем больше отклонение, тем контрастнее выражена данная Г. п. и тем сильнее это сказывается на локализации в данной области месторождений определённых типов полезных ископаемых, на особенностях характерных почв, минерализации подземных и поверхностных вод, растительности и животного мира, вызывая иногда специфические заболевания растений и особенно животных (см. Биогеохимические эндемии ).

  Изучение Г. п. помогает решению ряда задач региональной геохимии. Зная специфику химического состава преобладающих элементов в данной Г. п., можно более целеустремлённо проектировать в данном районе геохимические поиски месторождений полезных ископаемых. Как правило, чем больше отклонений от «кларка» в сторону превышения, тем вероятнее нахождение месторождений данного элемента при условии, что соотношение других элементов не препятствует его концентрации. Рудоносные комплексы изверженных пород в отличие от нерудоносных характеризуются более неравномерным содержанием рудных элементов.

  В. В. Щербина.

Геохимические процессы

Геохими'ческие проце'ссы, процессы изменения химического состава горных пород и минералов, а также расплавов и растворов, из которых они образовались. В результате Г. п. происходит миграция химических элементов (удаление одних, привнос и концентрация других), изменение их валентных состояний и т.д.

  Г. п. могут быть подразделены на следующие группы: геологической предыстории, эндогенные, экзогенные и метаморфогенные. Г. п. геологической предыстории охватывают процессы, связанные с образованием Земли как небесного тела. Эндогенные Г. п. начинаются с выплавления магмы из верхней мантии, её дегазации и дифференциации. Характер и степень дифференциации магмы обусловлены совокупностью ряда физико-химических процессов (падение температуры, выделение летучих, ассимиляция, кристаллизационная и гравитационная дифференциация и др.), вследствие которых из магмы возникают породы, разные по химическому составу, структуре и с различными количественными соотношениями одних и тех же минералов. При охлаждении основной и ультраосновной магм из расплава в твёрдые фазы в первую очередь переходят преимущественно соединения железа, магния, кальция, хрома, титана, а также платина и элементы её группы. Продуктами первой стадии кристаллизации являются ультраосновные и основные горные породы (дуниты, перидотиты, габбро, пироксениты и др.) и связанные с ними рудные минералы: магнетит, хромит, титано-магнетит и др., образующие иногда промышленные месторождения. В результате выделения из магмы указанных элементов она становится более кислой и по своему составу приближается к диоритовой магме. В ходе дальнейшей кристаллизации магма обогащается кремнием, алюминием, щелочными металлами, летучими элементами и по своему составу приближается к гранитной магме. Кристаллизация последней даёт граниты и остаточный пегматитовый расплав, при застывании которого образуются пегматитовые жилы (см. Пегматиты ), часто обогащенные минералами редких элементов. Взаимодействие летучих с уже закристаллизовавшейся горной породой приводит к процессам автометаморфизма. Повышенные количества щелочных металлов в остаточном расплаве вызывают явления щелочного метасоматоза, часто с привносом редких элементов, и превращения гранодиоритов и гранитов в щелочные граниты, сиениты и нефелиновые сиениты. При участии паров, газов и горячих растворов, выделившихся из магмы (постмагматических), происходят процессы скарнообразования (см. Скарны ), грейзенизации , пропилитизации , березитизации (см. Березит ), серпентинизации , лиственитизации и образования гидротермальных месторождений меди, свинца, серебра, цинка, олова, вольфрама, золота и др. Под воздействием растворов различного состава происходят следующие виды метасоматоза: щелочной, кальциевый, магнезиально-железисто-силикатный, хлор-фтор-борный, карбонатный и пр.

  Экзогенные Г. п. охватывают все виды выветривания горных пород и слагающих их минералов (разложение, окисление, гидратация, карбонатизация и пр.), протекающие во влажном климате с участием почвенных кислот, а в сухом (аридном) климате в щелочной среде при резком преобладании окислительных реакций. Продукты выветривания переносятся преимущественно водными потоками в океаны, моря и континентальные водоёмы (озёра) в виде механической взвеси, истинных и коллоидных растворов. Состав растворов претерпевает изменения под влиянием поглотительной способности почв и сорбции элементов глинами; большую роль при этом играют микроорганизмы. В морских водоёмах происходит химическая дифференциация элементов: у берегов отлагаются руды алюминия - бокситы, далее руды железа, марганца, фосфориты и за ними известняки и доломиты. Образовавшиеся осадки в результате воздействия процессов коагуляции, дегидратации и т.д. превращаются на стадии раннего диагенеза в горную породу, а под влиянием перераспределения веществ без привноса извне на стадии позднего диагенеза происходит образование конкреций и т.д. (см. Диагенез ).

  Дальнейшее химическое изменение осадочных пород происходит под влиянием привноса вещества извне, а также роста температур и давлений при погружении пород на значительные глубины (см. Эпигенез ).

  В результате метаморфизма происходит более глубокий процесс преобразования вещества горных пород с перекристаллизацией. В зависимости от температуры и давления образуются различные метаморфической фации пород: зелёных сланцев, эпидот-амфиболитовая, роговообманково-габброидная, пироксен-роговиковая, гранулитовая и эклогитовая (см. Метаморфизм горных пород ). При достаточно высоких температуре и давлении происходит мигматизация (переход веществ в вязкое состояние, предшествующее расплавлению), замыкающая цикл Г. п.

  Лит.:Ферсман А. Е., Геохимия, т. 2-3, Л., 1934-37; Лебедев В. И., Основы энергетического анализа геохимических процессов, Л., 1937: Mason В., Principles of geochemistry, 3 ed., N. Y., 1966; Krauskopf K. B., Introduction to geochemistry, N. Y., 1967.

  В. В. Щербина.

Геохимические узлы

Геохими'ческие узлы', области пересечения двух разнородных геохимических систем. Например, пересечение специфической фации осадочных пород типа медистых песчаников с наложенными эндогенными процессами вдоль более поздних тектонических нарушений. В результате наложения геохимических процессов в Г. у. происходит усиленная миграция химических элементов с необычными их сочетаниями и аномальными концентрациями, что приводит к образованию комплексных месторождений, заключающих группу полезных ископаемых. Термин «Г. у.» предложен А. Е. Ферсманом в 1931.

  Лит.:Ферсман А. Е., Геохимические проблемы Союза, в. 2, Л., 1931.

  В. В. Щербина.

Геохимические циклы

Геохими'ческие ци'клы,совокупность последовательно происходящих геохимических процессов, в которых элементы после ряда миграций возвращаются в исходное состояние. Для земной коры основной Г. ц. охватывает процессы: магматической дифференциации; кристаллизации с образованием магматических пород; постмагматического преобразования пород под влиянием эндогенных флюидов (если оно имело место); выветривания; переноса материала водами с химической дифференциацией и разделением веществ по фациям при осаждении в морских бассейнах; процессы раннего и позднего диагенеза с формированием осадочных пород; эпигенетического изменения и метаморфизма при погружениях под отлагающиеся осадки, а также образование под влиянием гранитизирующих флюидов гранито-гнейсов и гранитов, часто трудно отличимых от гранитов, происшедших из магматического расплава, особенно если метаморфизованная осадочная порода подвергалась расплавлению.

  Г. ц. могут быть прослежены и для отдельных химических элементов; при этом Г. ц. может быть осложнён биогенным циклом: извлечение элемента из почвы или осадочной породы растениями, поедание растений животными, отмирание животных и растений и возвращение элемента в осадочную породу, продолжающую свой Г. ц. Термин «Г. ц.» предложен А. Е. Ферсманом в 1922.

  Лит.:Ферсман А. Е., Геохимия, т. 2, Л., 1934.

  В. В. Щербина.

Геохимические эпохи

Геохими'ческие эпо'хи,промежутки времени, характеризующиеся появлением месторождений определённого состава либо осадков и горных пород, обогащенных определённым элементом или целой ассоциацией элементов. Так, в геологической истории Земли отмечается железорудная эпоха, связанная с началом нижнего протерозоя (около 2500 млн. лет назад), эпоха свинцовых месторождений (1700- 400 млн. лет) и др.

  Каждая Г. э. характеризуется совокупностью внешних данных, определявших условия концентрации данного металла. Например, интенсивное глобальное проявление железорудных месторождений и железистых фаций - итабиритов, железистых кварцитов - было вызвано, вероятно, первыми проявлениями жизни, обогащением атмосферы Земли свободным кислородом и, как следствие этого, существенным изменением характера водной среды Мирового океана. В результате происшедшего окисления двухвалентного железа в трёхвалентное произошла садка железа, до этого накапливавшегося в океане в виде бикарбонатных соединений. Этот процесс продолжался около 200-300 млн. лет и создал железорудные формации [Кривой Рог (СССР), озеро Верхнее (США), Минас-Жерайс (Бразилия) и др.] с запасами, превышающими все остальные железные руды. Накопление свинца связано с карбонатными осадками, характеризующимися высокими средними содержаниями свинца. Массовое выпадение первых карбонатов, а вместе с ними рассеянного свинца относится к эпохе свинцовых месторождений, когда в результате метасоматических процессов свинец карбонатов был мобилизован и переотложен в виде рудных залежей. К этой эпохе относится образование месторождений Салливан (Канада), Брокен-Хилл (Австралия), Завар (Индия) и др. Существуют также золоторудная эпоха архея; эпоха накопления урана, ванадия и никеля, связанная с массовым осаждением этих металлов в начале палеозоя на территории Евразии; широко известна карбоновая эпоха угленосных формаций, обусловленная расцветом на Земле пышной флоры и последующим её захоронением и превращением в угольные залежи.