Прикладная геохимия

Введение 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
Т. П. Стримжа, С. И. Леонтьев 
 
 
 
ПРИКЛАДНАЯ  
ГЕОХИМИЯ 
 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской 
Федерации по образованию в области прикладной геологии           
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по специальности 21.05.02 «Прикладная 
геология» (решение № 06-14-УМО/6 от 06.04.2015 г.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2015 

Введение 
 

2 

УДК 550.4(07)  
ББК 26.30я73 
        С85 
 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
Т. А. Ананьева, кандидат геолого-минералогических наук (Институт 
горного дела, геологии и геотехнологий, СФУ); 
С. М. Макеев, кандидат геолого-минералогических наук (ООО НПП 
«Прогнозгеофизика», г. Красноярск) 
 
 
 
 
 
 
 
Стримжа, Т. П. 

С85      Прикладная геохимия : учеб. пособие / Т. П. Стримжа, С. И. Леонтьев. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2015. – 252 с. 
ISBN 978-5-7638-3344-7 
 
Кратко описываются геохимия систем (литосфера, педосфера, биосфера, 
атмосфера, гидросфера), поведение химических элементов в окружающей среде, 
их миграция, рассеивание и концентрация. Почвоматеринские породы и техногенез рассматриваются как источники химических элементов в окружающую 
среду. В разделе геохимии ландшафтов представлены схемы выделения элементарных ландшафтов и их классификация. Для элементов приводятся их экологогеохимические особенности, кларки по данным разных авторов в различных 
системах. 
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по специальности 21.05.02 «Прикладная геология», а также специалистов, работающих в области охраны и безопасности окружающей среды.  
 
 
   Электронный вариант издания см.: 
           http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 550.4(07) 
ББК 26.30я73 
 
ISBN 978-5-7638-3344-7  
 
© Сибирский федеральный  
     университет, 2015 
 

Введение 

3 

 
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 
 
 
БИК – биологический круговорот атомов 
Бк – беккере́ль – единица измерения активности радиоактивного источника  
ВОВ – взрывчато-опасные вещества 
ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения 
РХЗ – радиохимический завод 
ЕБГП – естественная биогеохимическая провинция 
Кб – коэффициент биологического поглощения 
Кн – коэффициент накопления 
Т1/2 – период полураспада радиоактивного изотопа, время, в течение 
которого число его радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое 
нм – нанометр, единица измерения малых длин (10–9 м) 
α-частицы – положительно заряженные ядра гелия. Они обладают 
большой ионизирующей и малой проникающей способностью 
β-частицы – электроны со значительной проникающей и малой ионизирующей способностью 
γ-излучение – электромагнитное излучение высокой энергии, которое обладает большой проникающей способностью; ионизирующая способность значительно меньше, чем у α- и β-частиц 
*) донные отложения соответственно: 1) Красноярское водохранилище; 2) Кузнецкий Алатау – Республика Хакасия; 3) реки бассейна            
Чулым; 4) Берешское водохранилище Березовской ГРЭС; 5) водотоки              
в районе Ачинского глиноземного комбината; «–» элемент не изучался; 
«0» – элемент не обнаружен применявшимся методом анализа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 
 

4 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 

Геохимия как самостоятельная наука начала оформляться в 30-х гг. 
XX в. Термин «Прикладная геохимия» был предложен А. Е. Ферсманом.       
В этом направлении оформились самостоятельные разделы: геохимические 
методы поисков месторождений полезных ископаемых, генетическая и технологическая геохимия руд, геохимические основы металлогении и прогноза, 
индикаторные свойства химических элементов в геологических процессах, 
радиогеохронология и геохимия ноосферы.  
В связи с усиливающимся в настоящее время загрязнением окружающей среды наиболее актуальным становится ее раздел – геохимия ноосферы (техногенеза). Известно, что природная геохимическая составляющая 
неоднородна – разные природные зоны характеризуются высоким (положительные геохимические аномалии) или низким (отрицательные геохимические аномалии) содержанием того или иного элемента. На этом фоне 
все большую роль играет техногенная составляющая – выбросы промышленных предприятий в атмосферу, в воду, складирование твердых отходов. 
Атомные станции и ядерные взрывы являются источниками искусственных радиоактивных изотопов, которые биофильны и хорошо вовлекаются 
в замкнутые биологические циклы. Знание природной составляющей территории, геохимии техногенеза, свойств химического элемента и его концентраций в определенной системе позволит оценить геохимическое       
состояние, вести мониторинг и давать прогноз изменения среды и ее компонентов (почва, вода, растения, атмосферный воздух).  
Предлагаемое учебное пособие состоит из трех разделов: геохимия 
систем, геохимия ландшафта и геохимия элемента. В первом разделе приводятся классические сведения о строении как земной коры и внешних 
оболочек, так и Земли в целом, о распростаненности химических элементов на Земле, в ее геосферах, главнейших типах пород, почвах и их закономерностях; о миграции химических элементов (их факторов и видов)         
и геохимических барьерах; о биогеохимических провинциях; влиянии 
трансрегиональных переносов на состав атмосферы и техногенеза непосредственно на окружающую среду. Приведены результаты опосредованной 
оценки кислотно-щелочных условий миграции и концентрации химических элементов на больших территориях. 
Элементарные природные геохимические ландшафты и схемы их 
выделения (классификации А. И. Перельмана и В. А. Алексеенко) рас

Введение 

5 

сматриваются во втором разделе, для определения состояния окружающей 
среды используются геохимические коэффициенты и показатели, приводятся материалы по эколого-геохимическому нормированию состояния 
почв; дана методика оценки состояния окружающей среды г. Красноярска 
по результатам снегогеохимического опробования; на основе моделирования аэротехногенного загрязнения показано геохимическое давление некоторых элементов на территорию Красноярского края.  
В последнем разделе все химические элементы сгруппированы               
по основным факторам миграции: воздушные и водные; последние делятся 
на катионогенные, анионогенные и смешанные; приводятся их экологогеохимические особенности и распространенность элемента в разных        
системах и по данным разных авторов, рассматриваются негативные последствия недостатка или избытка  элемента для биосферы и человека. 
Знания по прикладной геохимии необходимы большому кругу специалистов, которые работают в разных направлениях: геология, экология, 
минералогия, гидрогеология, география, биология, здравоохранение, сельское хозяйство, мелиорация. 

Р а з д е л  I.  Геохимия систем 
 

6 

 
Р а з д е л  I 

 
ГЕОХИМИЯ СИСТЕМ 
 
 
Объектом изучения геохимии являются химические элементы в естественных (природных) условиях, предметом изучения – условия миграции, 
накопления и поведения их в условиях взаимодействия живого и косного 
вещества. История и развитие геохимии связаны с именами русских и зарубежных ученых [2, 11, 14, 30, 32]. 
Докучаев Василий Васильевич (1845–1903) – геолог, почвовед, профессор кафедр минералогии и кристаллографии в Петербургском университете. Одно из научных направлений – геохимические процессы в почвах. 
Вернадский Владимир Иванович (1863–1945) – ученик В. В. Докучаева, отец «общей геохимии». В его трудах берут начало геохимия, радиогеология, биогеохимия, учение о биосфере, ноосфере, мерзлотоведение, 
гидрогеохимия, генетическая минералогия и т. д.  
Ферсман Александр Евгеньевич (1883–1945) – ученик В. И Вернадского, геолог, минералог, популяризатор минералогии и геохимии. В его работах уделено внимание перемещению химических элементов, обусловленных их строением. Автор терминов «кларк» (1944), «техногенез» (1922).  
Гольдшмидт Виктор Мориц (1888–1947) – норвежский ученый, изучавший строение и свойства химических элементов. 
Кларк Франк Уиглсуорт (1847–1931) – руководитель химической 
службы геологического комитета США, первый автор расчетов средних 
содержаний химических элементов в земной коре. 
Полынов Борис Борисович (1877–1952) – заложил основные положения геохимии ландшафта на основании ведущей роли почвообразования             
и биогеохимического круговорота веществ в управлении ландшафтногеохимическими процессами. 
Перельман Александр Ильич (1916–1998) – почвовед-геохимик, профессор академик РАЕН, дал первое систематическое изложение геохимии 
ландшафта. 
Глазовская Мария Альфредовна (1912) – почвовед, геохимикландшафтовед, профессор МГУ, рассмотрела геохимию природных и техногенных ландшафтов на «процессном» уровне.  
Сает Юлий Ефимович (1934–1988) – руководитель экологогеохимических исследований в составе ИМГРЭ (Москва), показал основные моменты загрязнения окружающей среды химическими элементами          

Р а з д е л  I.  Геохимия систем   

7 

и предложил методику оценки состояния отдельных сред: почв, воздуха, 
снега; выделил городские ландшафты и методику оценки их состояния.  
И многие другие исследователи, внесшие свой вклад в изучение геохимии вообще и частных ее приложений. 
Эколого-геохимические исследования опираются на разработанные 
геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых, 
теоретической посылкой которых является то, что рудные тела, выведенные 
на дневную поверхность, разрушаются. При этом химические элементы, 
попадая в почву, воду, атмосферу и растения, обусловливают в них повышенное содержание соответствующих элементов. Достоинствами геохимических методов являются объективность, высокая информативность       
и оперативность исследований. Они позволяют дешево и быстро определять 
весьма низкие концентрации химических элементов.  
В зависимости от характера ореолов рассеяния элементов выделяют следующие геохимические методы поисков: 1) литогеохимический, 
2) биогеохимический, 3) гидрохимический, 4) атмохимический (газовый) и др. (рис. 1). 
 
 

Рис. 1. Природные и техногенные ореолы (по А. И. Перельману) [30]: 1 – локальный 
источник техногенного загрязнения; 2 – рудное тело; 3 – разлом; 4 – пески, супеси, 
суглинки; 5 – глины; 6 – рудовмещающие формации; 7 – почва; 8 – ореол в коренных 
породах (первичный, вторичный); 9 – вторичный литогеохимический ореол в рыхлых 
отложениях и почвах; 10 – атмохимический ореол; 12 – биогеохимический ореол;        
13 – источник (а – с фоновым содержанием, б – с аномальным содержанием  индика- 
торных элементов – гидрогеохимический ореол); 14 – уровень грунтовых вод 
 
 
Литогеохимический метод подразделяется на два: литохимическое опробование на суше (почвенные горизонты) и в пределах акваль

Р а з д е л  I.  Геохимия систем 
 

8 

ных ландшафтов (илы, донные отложения). Метод включает следующие 
операции: выбор места и плотность сети опробования, отбор и обработку проб, анализ проб, обобщение и интерпретацию результатов            
опробования. 
Биогеохимический метод заключается в отборе растительных проб, 
дальнейшем их озолении и анализе золы, интерпретации и обобщении результатов опробования. Растительными пробами могут быть листья, ветви, 
корни (фитогеохимия), их останки (торфогеохимия): береза, хвойные деревья, полынь, мох, лишайники, внешние покровы корней, кора деревьев           
и стебли трав, листья, молодые побеги, цветы, плоды и семена.  
Гидрохимический метод – анализируются пробы воды. Недостатки 
метода: результаты зависят от количества и продолжительности атмосферных осадков; времени года; уровня грунтовых вод; наличия геохимических 
барьеров; рН; техногенных факторов и т. д. 
Атмохимический метод – анализируется проба воздуха. В последнее 
время широко применяется снегогеохимическое опробование, при этом 
снег рассматривается как депонирующая среда.  
Эманационный метод основан на измерении концентрации радиоактивных эманаций в почвенном воздухе и др. 
Очень часто общую геохимию определяют как химию Земли, но между 
ними существуют некоторые принципиальные отличия:  
1. Распределение химических элементов в земной коре крайне         
неравномерное в отличие от химических лабораторий. В земной коре содержание одних элементов в миллиарды раз меньше, чем других.  
2. Многие внешние факторы (температура, давление, освещение)           
в условиях земной коры ограничены узкими рамками по сравнению с лабораторными. В итоге не все свойства элементов проявляются. 
3. В земной коре основная форма нахождения – это минералы; до тех 
пор, пока они не разрушены, элементы не могут проявлять своих свойств. 
4. В природных условиях никогда не происходят реакции между 
конкретными элементами, в них участвуют очень многие химические элементы. Кроме того, все реакции на поверхности проходят с участием           
живых организмов или в среде, созданной под их влиянием. Конечно же, 
не все они участвуют в определенных химических реакциях. Многие             
из этих элементов ускоряют или замедляют реакции, другие создают         
определенные щелочно-кислотные условия и т. д. 
5. Следует отличать геохимическую экологию, когда предметом исследования являются живые организмы и их реакция на геохимическое 
воздействие отдельных элементов, и экологическую геохимию, когда в центре 
изучения – элемент и его поведение [8].  

Г л а в а  1.  Геохимия геосфер и других планет  

9 

 
Г л а в а  1 

 
ГЕОХИМИЯ   
ГЕОСФЕР  И  ДРУГИХ  ПЛАНЕТ 
 
 
После своего образования из протопланетного облака планета Земля 
представляла собой механическую смесь из твердых частиц различного 
размера и застывших газов, включая CO2, H2O, CH4, H2 и другие соединения. Затем произошло расплавление этой смеси, когда в основе механизма 
плавления большое значение имело проявление адиабатического эффекта 
при сжатии газов  в недрах планеты.  
 
 
1.1. Строение Земли 
 
После расплавления этого субстрата начался процесс дифференциации вещества Земли по зонам (рис. 2).  В ходе такой дифференциации          
и возникли тяжелое металлическое ядро и более легкая силикатная оболочка, которую мы называем мантией. В разделении химических элементов 
по зонам главную роль играли два фактора: гравитационный и термодинамический. Современная граница в 2 900 км отделяет кислородную мантию, 
где минералы построены на базе кислорода, который по объему занимает 
70–80 %. Скачок плотности на границе ядро – мантия позволяет с достаточной долей уверенности полагать, что жидкое  и тем более твердое ядро 
преимущественно сложено самородным железом или его соединениями,            
в которых при огромных давлениях (> 1 млн бар) растворено большое количество H, C, S и других газов [23].  
Проводимые исследования подтверждают, что на самых ранних этапах формирования Земли в своей подавляющей части эндогенные флюидные системы были восстановлены, в равной мере восстановленной была         
и атмосфера. Именно поэтому прорыв первых водородных плюмов к поверхности Земли привел к их взаимодействию с кислородсодержащей         
литосферой и в итоге к образованию H2O. 
На ранних этапах формирования Земли все эндогенные процессы 
протекали в восстановительных условиях, чему отвечала и восстановленная атмосфера Земли с очень малым содержанием O и H2O. Именно это 
обстоятельство и сыграло главную роль в разделении в объеме планеты 
элементов и концентрировании их в двух контрастных средах: существен

Р а з д е л  I.  Геохимия систем 
 

10 

но кислородной силикатной и оксидной оболочкой протяженностью около 
3 000 км и восстановленным металлическим или сульфидно-металлическим 
ядром протяженностью около 3 500 км. Полагая, что мантия сложена преимущественно силикатами и оксидами, то это кислородная оболочка, в которой заключена изначально основная масса кислорода нашей планеты. 
 

 
Рис. 2. Внутреннее строение Земли (а) [39]: 1 – кора; 2 – верхняя 
мантия; 3 – переходная зона; 4 – нижняя мантия; ядро: 5 – внешнее, 6 – внутреннее; границы: 7 – Мохоровичича; 8 – Гутенберга; 
A, B, C, D, E, F, G – оболочки Земли. Распределение химических 
элементов по вертикали (б) [23] 
 
Трансформация и преобразование этой кислородной оболочки привели к формированию существенно окисленных С- и Н-систем, и на этой 
основе образовалась кислородно-водно-азотная атмосфера Земли. При 
реализации такого сценария все химические элементы разделялись              
на четыре четкие группы: I – сравнительно легкие (с плотностью ниже,