4．4 地壳表层元素的迁移和富集
地幔-地壳元素迁移与矿产形成关系密切，而地壳表层元素迁移与人类生存发展关系密切，尤其有害元素迁移富集对环境污染关系密切。地表环境的特征是常温、常压，与大气圈直接接触和大量水介质的存在，并且有生物和有机质的参与。因此，那些在高温高压条件下稳定的元素在地表环境中特别活跃。
（1）元素的活化和迁移
元素在表壳的迁移和富集取决于化合物在水中的存在形式；水溶液的酸碱度（pH值）、氧化还原电位（Eh值）；缔合离子和络离子的类型。Na、K、Ca、Rb、Cs、Sr等元素溶解于天然水体中，一般不发生沉淀。
化合物在水中的存在形式
盐类化合物溶解于水中可呈中性分子，也可呈离子状态，化合物在水中离解成什么离子，取决于元素的性质，如离子的电价、半径、电位及其电负性等。电价低半径大的阳离子（碱金属、碱土金属）在水中争夺O2-的能力比H+弱，它们的盐类和氧合物在水中溶解后，其阳离子都呈自由阳离子。相反电价高半径小的阳离子（B3+、C4+、N5+、Si+、P5+、S6+等）争夺O2-的能力比H+大得多。因此可以与O2-结合成稳定的
水溶液的酸碱度
水溶液的酸碱度（pH值）对元素在水中的存在状态及迁移有重大影响，天然水的pH值在4～9之间，只有极特殊的情况下，pH值才会超出此范围，如火山湖pH值＜4，沙漠土壤中硫酸水pH值可达1，而干旱的碱性土壤水pH值可达10。
金属元素的氢氧化物在水中的活化迁移和沉淀受溶液酸碱度的控制。通常随元素阳离子电价增高，半径缩小及电负性增大其氢氧化物的溶度积迅速降低。因此，只有在强酸性条件下这些金属元素才易于活化、迁移，当pH值＜6时，Ca、Sr、Sa、Ra、Cu、Zn、Cd、Cr3+、 Mn2+、Ni2+易活化迁移。相反，酸性氧化物，如SiO2随水溶液的碱性增高而溶解度增大。当pH值≥8时，Cr6+、Se6+、Mo6+、V5+、As5+易活化迁移。中（两）性氧化物，如Al2O3则在强酸强碱的水溶液中溶解度增高。
氧化还原电位
在自然界中能自动发生的化学反应都以体系内向着自由能降低的方向进行的，即电位高的发生还原；电位低的发生氧化。许多反应还同时受pH值的控制。氧化还原电位（Eh值）对金属元素迁移有很大影响，天然水中（如雨水、河水、表层海水）以高Eh值为特征，在碱性溶液中，呈高价态的元素（V、As、Cr、Mo、Se）都将发生强烈的活化。而在还原条件下，有两种情况：不含H2S和富含H2S的还原环境。在不含H2S的还原环境，无论是碱性还是酸性条件，Fe2+、Mn2+等元素都具有极强的活化迁移能力；在富含H2S的还原环境则不利于这些元素的迁移，而有利于它们的沉淀富集。
除此之外在天然水中还可以络离子或有机络离子的形式迁移。
（2）重金属元素在水中的迁移
重金属元素主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等毒性大的元素，它可以来自矿床开采，使含有重金属元素的矿物从地下深处暴露出地表，或者通过工业加工过程排放到土壤、大气或水中。即使其含量均小于0.1％，但污染的危害程度却十分显著，表现为对生物明显的毒性效应。重金属元素在水中以机械的、物理化学的和生物的方式发生迁移。机械迁移是指重金属以溶解态或颗粒态迁移；物理化学迁移是指重金属以离子、络离子或可溶性分子在水中以物理化学的方式迁移；生物迁移是指重金属在生物体的新陈代谢、生长、死亡以及食物链等方式迁移。
（3）元素的富集——地球化学障
地球化学屏障是元素迁移过程中的一种特殊的现象，当元素迁移到某处，环境的物理化学条件发生改变，可使元素从活化迁移状态转化为静止状态，并使元素富集。许多大型、超大型矿床都与地球化学急剧转变带有关。地球化学障有氧化还原障、酸碱性屏障、生物屏障、吸附屏障和蒸发屏障等。
氧化障 在还原环境被迁移的元素骤然转化为氧化环境时会发生沉淀和富集，如富含H2S的温泉溢出地表被氧化为硫磺，富集和堆积在泉口。氧化屏障可导致Fe、Mn、Co、S、Sr、Ba等元素的沉淀和富集。
还原障 在氧化条件下迁移的元素（如 V、As、Cr、Mo、Se、Co、Ni、Cd、Au等）骤然转化为还原环境可发生沉淀和富集；而Fe、Cu、Pb、Zn、Ag、Hg、Cd、U等元素迁移中遇到富含H2S的还原水，形成金属硫化物矿物。
酸性屏障 在酸性条件下SiO2形成沉淀，当pH值＜5时，Fe3+、Al3+、Co3+、Cr3+、Bi3+、Sn2+、Th4+、Zr4+、Ti4+、Sb3+、Sc3+等元素离子易形成沉淀和富集。
碱性屏障 通过硫化矿床或超基性岩的酸性水带有丰富的金属离子，当它流经石灰岩地层时，水的pH值显著提高，使Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Pb、Zn、Sr、V、Cr、Co、Ni、Cd等元素沉淀和富集。
蒸发屏障 在干旱地区，强烈的蒸发作用引起土壤的盐碱化，大量的K、Na、Ca、Mg的硫酸盐、碳酸盐和氯化物沉淀，还可富集F、I、B、Sr、Mo等微量元素。
生物屏障 生物对某些元素有富集作用，许多植物对Cu、Pb、Zn、Fe、Ti、Ga、Ge、As、Se、F有富集作用，如铜草对Cu的富集，硅藻对SiO2的富集。煤（古代森林）灰中富含Ga、Ge、S、As、Se、F等元素。现代林区的土壤中富含Cu、Pb、Zn、Fe、Ti等元素。
放射性元素通过地表、大气层核爆试验及核电站和核能研究排放废物、废液进入土壤，如Sr90、Cs137，它门被土壤中的无机胶体吸附，也可与有机酸形成络合物并被植物吸收，通过食物链进入人体。
吸附屏障土壤、河湖底部的粘土等对元素有极强的吸附能力，如吸附Na、K、Mg、Ca、Pt、Au、Ag、Hg、V、Cu、Ni、Co、Ba、Zn、Pb、Ti等元素，使水中的一些对生物有毒害作用的元素，如Hg、Cd、Pb、Ti等得到净化。此外水溶液中的各种胶体对元素也有选择性的吸附，如硅酸盐溶胶易吸附Cu、Co。氢氧化锰易吸附Li、Cu、Ni、Co、Zn、Ra、Ba、W、Ag、Au、Ti等元素。土壤对化学农药还有降解和吸附作用使其净化。