Геохімічні бар'єри. 
Геохімія гірських ландшафтів

Однією з примітних форм впливу льодовиків на хід геохімічних процесів у ландшафті є утворення геохим чних бар'єрів, тобто ділянок, в яких на короткій відстані спостерігається різка зміна умов міграції (Перельман, 1961,1965), часто викликає концентрацію хімічних елементів. Відомо кілька класів фізико-хімічних бар'єрів зони гілергенеза — кисневий, відновлювальний сірководневий, сульфатний, карбонатний, лужний, кислий і ін. З них у високогірних ландшафтах Центрального Кавказу найбільш поширений лише клас кисневих геохімічних бар'єрів, що розвивається на ділянках різкої зміни відновлювальних умов окислювальними. Стародавні моренні накопичення представлені неокатаннимі уламками (світло-сірими двуслюдяними гранітами і мігматитами), серед яких зустрічаються окремі брили, діаметром до 1−3 м, древніх кристалічних сланців і гнейсів. Вони покриті сосновим лісом, який у краю морени переходить в змішаний сосново-березовий, а в заплаві річки — в березовий. На загальні площі близько 1000 мІ розкриваються три групи джерел підземних вод. У місцях виходу вод на денну поверхню випадають бурі, помаранчеві і яскраво-червоні охри заліза. Розглянута група джерел, що виходять безпосередньо в місці сполучення древньої морени льодовика і заплави річки. Інші групи джерел 'бар'єрних' вод виходять у русла річки. Температури води всіх джерел 4+ С. Вихід вод відзначений слабкою заболоченістю. Хімічний і газовий склад вод визначався як в місцях відсутності випотів заліза, так і на ділянках з великою кількістю охр (з відстанню всього 1−3 м). Хімічний склад джерел підземних вод, що виходять з давньої морени на ділянці кисневого геохімічного бар'єру залишається практично постійним. Загальна сума розчинених мінеральних речовин не перевищує 206,5 мг / л.

Води гідрокарбонатно-калишевого складу, вміст основних катіонів та аніонів типово для вод лісових ландшафтів, і суспільних відхилень від фонових значень не спостерігається. Прямий зв’язок хімічного складу води джерел з вище розташованим льодовиком встановлюється з утримання таких іонів, як хлор, амоній і калій. Зауважимо на підвищення вмісту хлору до 10 мг / л, що абсолютно не характерно для вод альпійських і лісових ландшафтів. Ясно, що накопичення хлору пов’язано з таненням льодовикових і снігових вод, фільтрованими в стародавні моренні відкладення. Калій, зазвичай не виявляється у водах лісових ландшафтів, інтенсивно вилучається з розчину живою речовиною. Але в переважній більшості у складі льодовиків і сніжників калій присутній, і це відбивається в хімічному складі льодовикових вод, що виходять на ділянці геохімічного бар'єру. Вміст іона NН 4+, також близький до вмісту амонію в льодовиках. За результатами лабораторного хімічного аналізу вод не можна повністю визначити природу геохімічних процесів — навіть досить ретельно лабораторним аналізом бар'єр 'не реєструється'. Принциповий механізм утворення кисневих геохімічних бар'єрів і сутність геохімічних процесів, що призводять до виникнення цього класу фізико-хімічних бар'єрів, розкриваються лише в результаті польових хімічних аналізів газової складової природних вод разом з визначенням двох * - і тривалентного заліза. Вміст вільного кисню на ділянці геохімічного бар'єру змінюється від 0,87 до 3,5 мг /л.

У тісному зв’язку із зміною кисню знаходиться зміна двох-і тривалентного заліза. Кількість двовалентного заліза в розчині зменшується при вмісті вільного кисню до 2,1 мг / л і більше, що очевидно, достатньо, щоб окислити залізо до тривалентного. Потім, при збільшенні вільного кисню до 3 мг / л і більше, частина тривалентного заліза при досягненні межі розчинності випадає в осад у формі гідроксиду. Таким чином, льодовикові води, циркулюючі під древніми моренними відкладеннями, характеризуються відновленим середовищем, що підтверджується низьким вмістом вільного кисню. Ясно, що ще до місця свого виходу на денну поверхню ці води в зоні аерації частково насичуються киснем. При цьому велике значення мають місцеві умови виходу вод на поверхность. Там, де зберігається більш сприятлива умова для їх 'закупорки', аж до місця виходу на поверхню, вільного кисню міститься дуже мало, а кількість двухвалентеного заліза, навпаки, велике. Наведені аналізи дозволяють відтворити обстановку, що характерна для міграції двовалентного заліза. На території, поблизу Ельбрусу, ми стикаємося з тим різновидом кисневих геохімічних бар'єрів, коли на поверхню виходять глеєві біокисневі і безсірководневі води. При зіткненні з киснем повітря відбуваються епігенетичні процеси озалізнення за рахунок випадання гідроксиду заліза. Відомо, що при цих процесах можливо і омарганцевення, але в даному випадку окислювально-відновний потенціал ще недостатній для перекладу марганцю з двовалентної форми в чотиривалентний. Тому двовалентний марганець зберігає рухливість, знаходиться в розчині і виноситься за межі геохімічного бар'єру, доказом чому служать високі вмісти марганцю в сухих залишках вод, до 7 * 102 вагу. % .Частина марганцю разом з іншими мікроелементами витягується з розчину при осадженні гідроксиду заліза. На ділянці геохімічного бар'єру концентруються також хром, кобальт, ванадій, мідь, цинк, скандій, нікель. Отже, в древніх моренних відкладеннях льодовика створюється сприятливі умови для утворення глейових середовищ міграції. Утворенню глєєвих вод при їх уповільненому русі сприяє надзвичайно слабка розвиненість процесів окислення в моренних відкладах. Таким чином, в древніх моренних відкладеннях багатьох великих льодовиків досі зберігаються сприятливі умови для утворення безкисневих (і безсірководневих) глєєвих вод, утримуючих великі кількості двовалентних заліза і марганцю, що мають високу рухливість. Тривале зіткнення вод з рихлим моренним матеріалом сприяє переходу частини кремнезему в розчин і більш активної водної міграції кремнезему, утримання якого збільшується в глєєвих водах до 5−6 мг / л, при середньому фоновому вмісті 0,1−2 мг / л. В області розвантаження «відновних 'вод при зіткненні з киснем повітря двовалентне залізо окислюється до тривалентного. Двовалентний марганець залишається в розчині і виноситься за межі геохімічного бар'єру. Окислювально-відновлювальемй потенціал, необхідний для перекладу Mn₂+ в Mn₄+ не досягається. При повільному русі глєєвих вод в товщі моренних відкладів, покритих лісом, до виходу їх на поверхню відзначається перехід Fe₂+ в Fe₃+ (інакше б не було високих вмістів трьохвалентного заліза в розчині), але окислювально-відновний потенціал ще малий, і охри заліза не випадають в осад. Величина pH 6,3 характерна не тільки для всіх бар'єрів, але і для льодовикових і снігових вод нівальних і субнівальних ландшафтів у прильодовикової зоні, а також для циркулюючих у моренних відкладеннях. Тут спостерігається постійний підтік льодовикових вод, у зв’язку з чим величина pH залишається стабільною. Також постійні і однакові величини вільної вуглекислоти (17,4 мг / л) і гідрокарбонат-іона (122 мг / л). Отже, ці компоненти, як і майже весь аніонно-катіонний склад глєєвих вод, служать тут своєрідним тлом, надзвичайно стійким і практично незмінним. У той же час ця стабільність полегшує величезну геохімічну роботу, проведену таким нестійким компонентом, як вільний кисень. Він майже безперешкодно з боку інших аніонів і катіонів переводить сполуки заліза з однієї форми в іншу, чого в лабораторних умовах можна досягти лише тривалим нагріванням і введенням в розчин сильного окислювача. Описані сучасні геохімічні бар'єри формуються виключно в місцях пружинення маломінералізованих льодовикових вод моренними відкладеннями або флювіоглаціальними конусами виносу (де створюються умови застійного або уповільненого руху глєєвих вод), зазвичай в сполученнях древніх (рідше сучасних) кінцевих і берегових морен льодовика з терасою або заплавою річки. На сполученні крутих гірських схилів і флювіогляціальної тераси або поверхні вирівнювання кисневі бар'єри, як правило, не відзначаються. Води, що пробігають з великою швидкістю по крутому скельному схилі неглибоко від поверхні, насичені киснем, і для них глєєвне середовище не характерне. Кисневі бар'єри (площею від 1−2 до 3−5 м) виникають лише тоді, коли частина гірського схилу покрита потужними дрібноуламковими осипами, в місці зчленування з терасою або заплавою річки.