Геохимия молибдена

В щелочной окислительной среде аридных ландшафтов Мо более подвижен, участвует в испарительной концентрации и латеральной миграции. По С.Л. Шварцеву, его среднее содержание в грунтовых водах в аридных областях в 3,5 раз больше (4,7 мкг/л), чем в гумидных.

Накопление Мо в почвах связано с процессами локальной и региональной миграции и испарительной концентрации из обогащенных грунтовых и подземных вод. Большую роль здесь играют процессы содового выщелачивания из почв и пород. Наибольшая подвижность характерна для солонцовых ландшафтов, где виды из семейств сложноцветных (особенно полыни), маревых и злаков (чий, типчак) являются концентраторами Мо. Древесные и кустарниковые растения (береза, осина, ива), растущие на нейтральных и слабокислых осолоделых и торфяно-глеевых почвах, как и в гумидных ландшафтах, обеднены Мо.

В пустыня и сухих степях, кроме  литогенного фактора, основными  причинами формирования молибденовых аномалий служит испарительная концентрация в солончаках, особенно сульфатных, где его содержание в солевых горизонтах достигает 3 - 5, а иногда и более кларков концентрации. Характерно осаждение Мо на сероводородном барьере в гидротроилитовых горизонтах соровых солончаков, накопление в соляных озерах.

Молибден, поступающий  с речным стоком в океан, слабо накапливается в морской воде.

Производство керамзита, перлита, масляных красок, выплавка Al и Sn, ТЭЦ на угле и мазуте -тоже важные источники техногенной эмиссии Мо. [12].

 

Формы миграции.

Для многих систем земной коры, особенно для зоны гипергенеза, характерна миграция веществ в коллоидном состоянии.

В районах с влажным климатом большая часть Fe, Al, Mn, As, Mo, Ti, V, Cr, Th и некоторых других элементов мигрируют в коллоидной форме. 

Из коллоидных растворов (золей) эти элементы осаждаются и  входят в состав богатых водой студенистых осадков – гелей. В почвах и корах выветривания районов с влажным климатом коллоидные минералы мигрируют в виде тонких взвесей. При осаждении частицы минералов ориентируются одинаково, образуя характерные коллоидные микроструктуры в виде тонких глинистых пленок на поверхности отдельных почв, по трещинам или порам, которые могут играть сорбционного барьера, задерживать подвижные химические элементы и влиять на химический состав.

Коллоидное и метаколлоидное состояние вещества характерно для  продуктов выветривания. Колломорфные формы и метаколлоидное  состояние  наблюдается и у рудных гидротермальных  минералов.

 

Парагенные  ассоциации и их закономерности.

Под парагенезисом химических элементов понимают их совместную концентрацию, обусловленную единым процессом. Парагенезис главных элементов объясняется законами кристаллохимии. Более сложны и разнообразны парагенезисы элементов-примесей.

Хорошо изучены парагенные ассоциации элементов в горных породах и рудах. Для экзогенных урановых руд характерен молибден.

 

Геохимические барьеры.

Геохимические барьеры А.И. Перельман в 1961 году предложил именовать участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и , как следствие, их концентрация. В основу классификации геохимических барьеров положены виды миграции [12].

Геохимические барьеры  молибдена: испарительный, сорбционный, сероводородно-глеевый, кислый.

Испарительные геохимические барьеры - это участки, на которых увеличение концентрации химических элементов происходит в результате процессов испарения. Испарительные геохимические барьеры могут образовываться в различных окислительно-восстановительных условиях. Главным фактором является климат. Вторая важная особенность - именно на этих барьерах концентрируются наиболее растворимые химические элементы. Условием возникновения испарительного барьера является сухой климат и неглубокое залегание грунтовых вод: водные растворы поднимаются с водоносного горизонта к поверхности, так как в условиях сухости климата вытянутая по капиллярам вода сразу же испаряется, ей на смену с водоносного горизонта поступают всё новые и новые порции, а содержавшиеся в них растворённые соли концентрируются в грунтах и почвах.

Сорбционный геохимический  барьер возникает в результате резкого снижения миграционной способности химических элементов при фильтрации ионных водных растворов или газовых смесей через среды, обладающие повышенной сорбционной способностью. Эти барьеры особенно важны для элементов с низкими кларками, так как осаждение в процессе сорбции может происходить при очень низких концентрациях, намного меньших, чем концентрации насыщения.

Сероводородно-глеевый геохимический барьер возникает там, где кислородные или глеевые воды встречают на своём пути сероводородную обстановку. Если в сероводородную среду проникают сероводородные воды, никакого барьера не возникает. На сероводородных барьерах наиболее эффективно накапливаются халькофильные элементы (так как они непосредственно связываются с серой, образуя сульфидные соединения), отчасти – сидерофильные, и в наименьшей мере литофильные. Глеевый барьер возникает на участках резкой смены кислородной обстановки глеевой. Реже – слабоглеевой обстановки резкоглеевой, то есть тоже глеевой, но характеризующейся ещё более низкими значениями окислительно-восстановительного потенциала. Глеевые барьеры очень широко распространены в гумидных и семиаридных ландшафтах, особенно в супераквальных (с неглубоким залеганием грунтовых вод), где развиваются процессы заболачивания.

          Кислый геохимический барьер  образуются когда нейтральные  и щелочные условия скачкообразно  меняются на слабокислые и  кислые, а так же при резкой  смене слабокислой обстановки на сильнокислую. Следовательно, кислые геохимические барьеры возникают при резком уменьшении значения рН.

         На кислых барьерах чаще концентрируются  анионогенные химические элементы (Si, Ge, Mo и др.). Они характерны как для условий биосферы, так и для гидротермальных систем, находящихся за её пределами [13].

 

 

 

 

 

2.4 Историческая  геохимия элемента

 

Для выяснения особенностей догеологического этапа развития Земли (катархея – 4,6-3,9 млрд. лет) большое  значение имеют данные сравнительной планетологии – изучения Луны, Марса, Меркурия и Венеры. В катархее в результате зонной плавки пород материи (или другим путем) формировалась земная кора.

Первичные тектоносфера, атмосфера и гидросфера сильно отличались от современных сфер: в земной коре преобладали основные породы («базальтовый слой»), сильно был развит вулканизм. Атмосфера была восстановительной, содержала CO, CO₂, N₂, HCl, HF, H₂ и другие газы. Имеются гипотезы о кислом составе первичного океана за счет растворения HCl, HF и других кислых вулканических газов.

 

Архейский, или догеосинклинальный, этап (3,9 – 2,5 млрд. лет)

Средний состав архейских  пород близок к базальтам, т.е. интенсивный  магматизм того времени сопровождался  массовыми излияниями основных лав. В архейских породах, возраст которых около 3 млрд. лет, обнаружены следы водорослей и микроорганизмов, следовательно, биосфера была уже в архее, в гидросфере могли содержаться органические вещества, существовала кислородная атмосфера. Важную роль играл вулканизм. Согласно одной из концепций гипергенные процессы в архее были во многом аналогичны современным, развивались процессы латеритизации и бокситообразования. Продукты литогенеза впоследствии были изменены метаморфизмом и гранитизацией – начало кварцитов, джеспилитов, мраморов. Земная кора в начале архея была океанического типа (отсутствовал гранитный слой). Обилие СО₂ во многом определяло развитие биосферы. С архейской эрой связано сравнительно небольшое число месторождений железа, марганца, золота, хрома, титана, полиметаллов.

 

Нижний и средний протерозой (2,5 – 1,7 млрд. лет)

Нижняя граница протерозоя совпадает с началом органического  фотосинтеза. Широко был распространен  вулканогенно-осадочный литогенез, с которым связано накопление железисто – кремнистых илов, давших начало кварцитам, которые характерны для многих платформ. На платформах протерозоя формировались также месторождения золота и урана, меди, свинца, цинка, серебра и других металлов. В протерозое впервые возникли гидротермальные  месторождения, формированию которых, по Тугаринову, предшествовало осадкообразование с накоплением повышенных количеств металлов. Переработка таких пород и осадочных руд в ходе магматизма определила формирование гидротермальных растворов, из которых осаждались эндогенные руды. В конце среднего протерозоя впервые проявился щелочной магматизм. Характерны крупные запасы кобальтовых, урановых и платиновых руд, а также эндогенные месторождения литофильных редких металлов.

 

Рифей (1,7 – 0,7 млрд. лет)

В начале рифея атмосфера  еще содержала много СО₂, но в ней накопился уже и кислород, были развиты окислительные условия а почвах и водоемах. В рифейских морях широко развивались водоросли, которые почти освободили атмосферу от СО₂. В результате их деятельности сформировались мощные толщи карбонатных пород, близких по составу к доломитам. По Войткевичу, формируются уже все генетические типы эндогенных месторождений.

 

Венд и нижний палеозой (700 – 410 млн. лет)

Возникло большое число  новых видов организмов, объем  фотосинтеза возрос, быстрее стал накапливаться кислород. Существовали простейшие наземные растения – псилофиты. Преобладала окислительная среда, геохимические барьеры, задерживающие Mo, V, Cu, Со, Zn и другие металлы, осаждающиеся в условиях восстановительной среды, отсутствовали. В морях значительное распространение получили специфичные для этой эпохи глинисты илы с сероводородной средой. Для этой формации характерно рассеянное органическое вещество, высокое содержание SiO₂, повышенное содержание P, V (против кларка), в ряде случаев Au, Cr, Cu, Co, Ni, Mo, U. Содержание Fe, Al, Ca, Mg, Na, К часто ниже кларка. В последующие геологические эпохи накопление металлоносных илов сильно сократилось. В целом металлогения сравнительно однообразна.

 

Средний и верхний  палеозой (410 – 240 млн. лет)

Накапливается органическое вещество, развивается восстановительная среда. В верхнем девоне уже существовали настоящие леса, шло развитие животного мира. Эндогенная металлогения герцинского тектоно-магматического цикла резко отличается от предыдущей и последующей эпох своим разнообразием. С герцинидами связаны месторождения почти всех металлов – Fe, Ti, V, Cr, Cu, Pb, Zn, W, Mo, Sn, Bi, Co, Au, Ag, Pt, Ta, Nb и др.

 

Мезозой и кайнозой (240 млн. лет – современная эпоха)

Огромное влияние на развитие ландшафтов оказали киммерийский и альпийский орогенезы, с ними связаны разнообразные гидротермальные месторождения, но в целом интенсивность рудообразования была слабее, чем в герцинское время. Тектоно - магматическая активизация энергично проявлялась на Алдане, в Забайкалье, Восточной Африке, в Южном Китае и других регионах. С нею связано образование месторождений многих элементов в этих зонах. Последние 25 млн. лет тектоносфера переживает новый этап развития, для которого характерно усиление и ускорение геологических процессов: возникновение сверхглубинных разломов, активный вулканизм, дифференциация рельефа, усиленная механическая седиментация, понижение геофизических границ [9].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5 Элемент  в природно-техногенных системах

\

Технофильность  молибдена.

Молибден открыл в 1778 году шведский химик К. Шееле, выделивший при обработке молибденита азотной  кислотой молибденовую кислоту.

Технофильностью элемента называется величина, равная отношению  ежегодной добычи элемента Д к  его кларку в земной коре К: Т=Д/К [14].

Технофильность Мо высокая, как у Zn и S, но так как он не относится  к наиболее опасным токсикантам, его поведение в техногенных  ландшафтах изучено слабее, чем тяжелых металлов [12].

 

Проблемы  защиты окружающей среды и молибден.

70-80% добываемого Молибдена идет на производство легированных сталей. Остальное количество применяется в форме чистого металла и сплавов на его основе, сплавов с цветными и редкими металлами, а также в виде химических соединений.

Производство керамзита, перлита, масляных красок, выплавка Al и Sn, ТЭЦ на угле и мазуте - тоже важные источники техногенной эмиссии Мо. Вблизи источников загрязнения в почвах, растениях и донных отложениях формируются техногенные аномалии Мо, контрастность которых значительно меньше, чем у других тяжелых металлов. Из-за своей подвижности Мо не образует контрастных техногенных ореолов даже в донных осадках, куда он поступает с местным стоком (за исключением участков сероводородных геохимических барьеров в илах, где концентрируется)

Источники поступления Мо в окружающую среду довольно разнообразны. Наиболее интенсивное воздействие на ландшафты оказывают горно-металлургические молибденовые комбинаты, где содержание Мо достигает нескольких сот и даже тысяч кларков концентрации. На машиностроительных заводах его много в пыли цехов по обработке черных металлов, инструментальных цехов. Токсическое действие молибдена ослабляется при добавлении в пищу животных и человека меди  [12].

Медико-геохимический  аспект.

Молибден - один из основных микроэлементов в питании человека и животных. Он содержится во многих живых тканях и необходим для поддержания активности некоторых ферментов, участвующих в катаболизме пуринов и серосодержащих аминокислот.

В медицине в диагностических  целях применяют радиоизотопы молибдена (сканирование печени, исследование циркуляции крови в мышцах); изучают эффективность тетрамолибдата аммония в терапии новообразований головного мозга и при мужском бесплодии.