Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, поглощающий комплекс является потенциальным источником катионов (и реже анионов), которые в процессе ионного обмена переводятся в раствор. Поэтому хотя обменные катионы н анионы входят
I , состав твердых веществ, они обладают значительно большей миграционной способностью, чем необмерные. Цначе говоря, в глинистой фракции почв и пород содержатся две категории ионов: одни легко переходят в раствор и способны участвовать в реакциях, это обменные катионы и анионы; другие прочно закреплены в узлах кристаллических решеток и могут переходить в раствор лишь в результате разрушепия минералов в ходе длительных процессов выветривания.
Ионный обмен возможен и в термальных водах. Еще в XIX в. подобные свойства была обнаружены у анальцима, шабазнта, гарматома, гейлапдита, натролита и других цеолитов — типичных гидротермальных минералов. В их кристаллической решетке часть Si4+ замещена на А13+, а недостающий положительный зарйд компенсирован катионами щелочных и щелочноземельных металлов, которые ие связаны со строго определенным положением в решетке и способны к обмену. В гидротермальных условиях к ионному обмену способны даже такие минералы, как полевые шпаты и слюды, т. е. магматические алюмосиликаты. Эксперименты при t = 400—500°С показали, что Na+ и К+ санидина (полевой шпат) и нефелина могут взаимно замещаться. Ионный обмен К+, Li+, Na+, Rb+, Cs+ установлен и в опытах па других алюмосиликатах. .Предполагается, что для осуществления ионообменных реакций необходимы активные центры обмена, обязанные дефектам кристаллической решетки, существованию полостей и каналов, в которых располагаются обменные катиопы.
В гидротермальных условиях обмениваются преимущественно крупные маловалентные катионы 'с низкими эками (Na+, К+, Са2+ и т. д.). Как и в случае галогене-8а, эти закономерности, вероятно, связапы с законами Ееоэнергетики. Апатиты, слюды и глинистые минералы могут обменивать и анионы.
На контакте вод с сорбептамн возпикают сорбционные геохимические барьеры. Концентрация элементов Иа них происходит не только в результате обмена по-Вов, но и в результате поглощения целых молекул.
От ионного обмепа п состава обменных катионов во Чногом зависит плодородие почв, судьба вносимых минеральных удобрений (задержатся они в почве пли бу-Йут вымыты), фильтрация воды в оросительных каналах. Необходимо учитывать эти процессы и при поисках рудных месторождений.
Известно, что под влиянием грунтовых, пластовых и трещинных вод рудные тела частично разрушаются, рудные элементы переходят в подземные воды, образуя простые и комплексные ионы. При фильтрации таких вод через суглинки, глины и другие рыхлые отложения возникают ореолы рассеяния месторождений; концентрация элементов в ореолах часто не сопровождается формированием рудньус минералов. Например, известны безминеральные формы меди, свинца, -цинка, молибдена. На Урале, Алтае и в других рудных провинциях обнаружены поверхностные ореолы металлов в почвах и глинах, перекрывающих руды, залегающие на глубине в десятки метров. Механизм образования подобных ореолов недостаточно ясен, но важная роль сорбции очевидна. Сорбционные процессы, вероятно, были разнообразными — наряду с ионным обменом ' могли иметь место и другие виды сорбции. Не исключено, что па первом этапе шел обмен ионов, а затем обменные катионы прочно закреплялись в почвах и становились необменными. На выявлении таких ореолов основаны особые варианты геохимических методов поисков руд: сорбционно-солевой, почвенно-гидрохимическая съемка и т. д.
Ионообменные свойства минералов широко используются в промышленности. Цеолиты и другие минералы являются хорошими молекулярными ситами: они очищают сточные воды, разделяют бензины и другие органические жидкости на фракции, смягчают воду и т. д.
Классификация вод по составу ионов. Как мы убедились, ионный состав вод определяет их важные геохимические особенности, использование в народном хозяйстве. и медицине — пригодность для водоснабжения, орошения, лечения болезней и т. д. Поэтому определение в водах шести главных ионов выполняется при любых исследованиях вод. Объем информации по данному вопросу огромен. Это, естественно, вызвало необходимость классифицировать воды по ионному составу, но преобладанию тех или иных ведущих ионов (при этом учитывают не весовые, а эквивалентные количества попов). Существует много подобных классификаций, но все авторы считают, что таксономическое значение анионов выше, чем катионов. В результате воды разделены на три основных класса: гидрокарбонатные и карбонатные, сульфатные п хлорпдпые. Подобную классификацию на ионной основе разработал в 1970 г. О. А. Алекпн (рис. 7).
Природные 8 о 3 kt
Хлорнднб/е (С 1) .
Са Мд Na
¦0 0 0.0 0 0 000
Ряс. 7. Классификация природных вод по преобладающему аниону в «*»тиону и соотношению между главными ноиалш (по О. А. Алекнну)
'Указанные классы вод он расчленил по преобладающим -|$атионам на три группы: кальциевую, магпиевую и натриевую. В пределах групп по соотношению ионов устанавливаются четыре типа вод:
