Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Из школьного курса химии известна .классическая ионная реакция осаждения сульфата барпя: приливая к раствору хлористого бария (Ва2+ + 2С1") раствор сульфата натрия (2Na+ + S042~), получают нерастворимый осадок;
раствор осадок
Аналогичные реакции протекают и в природе. Например, во многих районах глубинные воды артезианских бассейнов представляют собой хлоридные рассолы, содержащие ионы хлора (С1-), натрия (Na+), щелочноземельных металлов (Ва2+, Sr2+, Са2+, Mg2+). На крыльях артезианских бассейнов, а также по зонам разломов эти глубинные рассолы поднимаются в верхние структурные этажи, где смешиваются с карбонатными и сульфатными подземными водами. В результате осуществляются ионные реакции — из вод осаждаются сульфаты и карбонаты щелочноземельных металлов.
На сульфатном барьере:
Са2+ из хлор одного рассола ~j-SO^~ инфильтрующихся
вод ->CaS04
Ва2+ , то же ->-BaS04
Sr2+ то же ->-SrS04
На карбонатном барьере:
Саг+ из хлоридного рассола +СО|~1шфильтрующихся
вод —>СаСОд
Sr2+ то же -*-SiC03
Ва2+ у то же -*-ВаС03
Так происходит огипсование пород — накопление в них гипса (CaS04 • 2Н20), кальцитизация пород (СаС03). Образуются жилы кальцита, гипса, барита (BaS04), целестина (SrS04), стронцианита (SrC03), витерита (ВаСОзЬ
Цри изучении ионных реакций особенно большое значение приобрела химическая термодинамика, методы которой позволяют определять направленность реакций, условия формирования минералов. Качественное решение вопроса во многих случаях дает знаменитый принцип Jle Шателье, согласно которому изменения в равновесных системах происходят в направлении, противодействующем внешнему воздействию. Например, осенью при понижении температуры из вод соленого озера осаждаются минералы, образование которых сопровождается выделением тепла. Напротив, весной при повышении температуры эти минералы растворяются и тепло поглощается.
Виды вод по составу ионов. Природные воды электрически нейтральны, в связи с чем количество катионов в
них эквивалентно количеству анионов. Между понньш составом вод и общей минерализацией обычно наблюдается соответствие. Так, в пресных водах среди анионов чаще всего преобладает НС03_, реже — SOt2_} а среди катионов — Са2+. Для солоноватых и особенно соленых вод и рассолов характерно преобладание среди анионов С1~, реже S04z_, а среди катионов — Na+ (реже Mg’+ и Са2+)<
Виды вод, выделенные по ионному составу, играют важную роль как источники питьевого и технического водоснабжения, разнообразного минерального сырья и т. д. Рассмотрим кратко лишь два контрастных вида.
Гидрокарбонатные кальциевые воды (НСОз"—Са2+). Эти воды преобладают в ландшафтах влажного климата, т. е. в тундре, тайге, зонах смешанных и лиственных лесов. Такой состав имеют воды Волги, Дона, Днепра, Енисея и других крупнейших рек, Байкала, Онежского и других озер, многие грунтовые воды. В пластовых водах артезианских бассейнов, трещинных водах изверженных пород также среди катионов часто преобладает кальций (Са2+), а среди анионов — НС03~. Это — воды пресные, как правило, вполне пригодные для водоснабжения и орошения.
Образование данных вод нередко связывают с выветриванием горных пород, полагая, что взаимодействие воды с породой и определяет переход в раствор Са2+, Mg2+ и Na+, Cl", S042-. НС03~ — иродукт растворения углекислого газа воздуха. Такое объяснение казалось вполне естественным и логичным. Однако в 1926 г. В. И. Вернадский в своем замечательном труде «Биосфера» показал, что источником катионов и анионов для поверхностных и грунтовых вод материков чаще всего являются не горные породы, а почвы. Разложение растительных остатков в почвах поставляет в воду углекислый раз (в почвенном воздухе его в десятки раз больше, чем в атмосферпом), который, растворяясь, дает анион НС03~. Преобладание в водах кальция (Са2+) объясняется тем, что при разложении растительных остатков он в наибольшем количестве поступает в воды. Мепьшее содержание магния и натрия в живом веществе определяет и их мепьшее содержание в водах.
Для речных и озерных вод наряду с разложением органических остатков в почвах бассейнов имеет значение и деятельность организмов, населяющих данный водоем.
j По расчетам С. JI. Шварцева (1978), в подземном хищническом стоке ведущее значение имеет «биогенная составляющая», т. е. разложение растительных остатков в почве. Так, в тундре эта составляющая обеспечивает 62,5% общей величины стока, в зоне смешанпых лесов — ¦50,6%, в лесостепи — 42,6% и в степях — лишь 16,2%. -Еще больше роль бногепной составляющей подземного стока в тропиках, например во влажной савапне 88,6%. Следовательно, в ландшафтах с пышным растительным покровом главной «фабрикой» формирования химического состава поверхностных и грунтовых вод является та среда, где наиболее энергично идет разложение растительных остатков,— почва. Из почвы ионы поступают в реки, озера, грунтовые воды. Эта простая и достаточно понятная идея медленно осваивалась паучпой мыслью, что заставило Б. Б. Иолынова писать: «Я полагаю, что ...состав природных речных вод обусловливается не простыми абиотическими реакциями действия воды на мийералы магматических пород, то есть гидролизом и растворением, как это придумано в учебниках, а более сложным, хотя в более быстро текущим процессом извлечения элементов из минералов , организмами и растворением в воде .зольной части организмов при их минерализации»26. Теперь становится понятным, почему ионный состав вод в ландшафтах влажного климата так однообразен и слабо зависит от геологического строения района.
