Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
1 — кислородно-азотные воды; 2—сероводородно-азотные воды; 3 — метановые воды; 4—углекисло-метановые воды; 5 — сероводородно-углскисло-метановые воды; б — алеврито-глинисто-водоупорные породы; 7 — породы палеозойского и. докембрийского фундамента; 8 — линии тектонических разломов; 9 — изотермы, “С
В особых, еще недостаточно изученных условиях в прошлые геологические периоды н плах происходило значительное накопление металлов, имеющее промышленное значение. Таковы, например, знаменитые медные месторождения ГДР и Польши, которые образовались на дне морей пермского периода. Геолог Л. М. Лурье разработал модель их образования, согласно которой медь и другие металлы накапливались в сероводородных илах пермского моря, причем источником металлов явились поровые
воды красноцветных пород, подстилающих черпые илы.
Иной механизм накопления металлов, вероятно, был в морских илах пижнего палеозоя и докембрия (венд-силур). Образовавшиеся из этих илов черные углеродистые сланцы часто обогащены медью, никелем, молибденом, золотом и др. Их содержание невелико, но зато общие запасы грандпозпы, так как сланцы известпы на всех материках. Причина накопления металлов во многом остается загадкой. Академик С. С. Смирнов (1895— 1947) называл черные сланцы «рудами будущего». Конечно, пе все илы нижнепалеозойских морей были обогащены металлами, так как большинство палеозойских сланцев безрудно.
Сероводородный барьер играет важную рудообразующую роль и в термальных водах. В глубоких впадинах Красного моря горячие металлоносные растворы разгружаются на сероводородном барьере с образованием сульфидных осадков, которые формируют пласт черного -цвета. В нем преобладает сфалерит (ZnS), но есть пирит (FeS2) и халькопирит (CuFeS2). За 13—25 тыс. лет здесь образовалась рудная залежь, содержащая более 3 млн. т цинка, 800 тыс. т меди и 100 тыс. т свинца. Аналогичные явления обнаружены в Эфиопии, на Восточно-Тихоокеанском поднятии, в соленом озере Периэтти-Лэгун (Южная Австралия), в районах вулканизма, зонах разломов. Источником H2S часто служат осадочные сульфаты, сульфаты морских н подземных вод, т. е. происходит реакция: SO^--0ХО подтверждается анализом изотопов серы32.
Сероводородные барьеры, вероятно, играли важную роль при образовании многих гидротермальных сульфидных руд: металлы переносились углекислыми водами (особенно в низкотемпературных месторождениях), а осаждающим фактором служила локальная концентрация сероводорода.
3* Микроорганизмы, восстанавливающие сульфаты, накапливают легкий изотоп серы 32S, в связи с чем в осадочных сульфидах больше «блегчепной серы. Сера морской воды, эвапоритов, напротив, более тяжелая. Поэтому изучепие отношений 32S : 34S в сульфидах позволяет установить происхождение серы сульфидных месторождений. Работами В И. Виноградова, В. А. Гринен-ко, Д. Калпа, Ф. В. Чухрова и других во многих сульфидных месторождениях установлен осадочный, а не магматический источник серы.
Геохимик В. И. Випоградов установил, что в Карама-заре (Средняя Азия) гидротермальные сульфидные руды содержат серу из осадочных сульфатов, широко распространенных в районе. Он предполагает, что одной из предпосылок формирования крупных рудных провинций служит распространение в них дорудных отложений осадочных сульфатов. О разобщенности источников металлов и H2S при образований сульфидных руд писали многие ученые.
Во всех случаях существование сероводородного барьера очевидно. Этот барьер играл важную роль и при образовании некоторых несульфидных руд, например урановых.
Сероводородные воды. Геохимическая роль сероводорода и его производных — ионов HS" и S2- — огромна, так как они коренным образом меняют условия миграции большинства химических элементов, особенно образующих нерастворимые сульфиды. С сероводородным барьером связано образование многих рудпых месторождений. Все это дало основание автору считать сероводородные воды вторым геохимическим типом вод, по своему таксономическому рангу равноценным кислородным водам.
СВОБОДНЫЙ ВОДОРОД
Свободный водород может быть только там, где нет кислорода, с которым он легко соединяется (ипогда со взрывом):
2Н2 + Оа -+• 2HsO.
Этот газ находят в болотах, некоторых илах и особенно в глубоких подземных водах.
Процессы образования водорода разнообразны, в биосфере важную роль играют анаэробные бактерии, среди которых известно много видов, разлагающих органические вещества с выделением водорода. Примером служит следующая схематическая реакция «водородного брожения» клетчатки:
СвН12°вСН3СНаСООН + 2С02 + 2Нг + Q. .
Водородообразующие бактерии установлены в осадочных породах, почвах, илах, подземных водах.
На участках нефтегазовых структур в 1 л подземных вод обычно растворены единицы и десятки кубических
сантиметров водорода, но известны воды, 6 которых еб-держится и 1000 см3. В земных глубинах, магмах, очагах вулканизма, горизонтах термальных вод водород образуется абиогенным путем, в результате химических реакций. Огромное количество свободного водорода выделяется при некоторых вулканических извержениях. А. В. Щербаков приводит следующие реакции образования водорода при высоких температурах:
