Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
3Fe0 + H20**Fe304+H2,
3FeSi03 + Н20 ** Fe304 + 3Si02 + Н2.
Возможно образование водорода н при термокаталитическом разложении органических веществ в зоне нефте-образования, а также за счет радиоактивных излучений — реакций радиолиза типа
2Н20-,Н202 + Н2.
Свободный водород обнаружен во многих изверженных и осадочных горных породах. Изучение газожидких включений в минералах также установило в них присутствие этого газа.
Свободный водород — важный компонент многих природных вод, в которых он играет роль энергичного восстановителя, формирует восстановительный барьер. Водород установлен как в сероводородных, так и в бессеро-водородных водах.
МЕТАН И ТЯЖЕЛЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Среди углеводородов в водах преобладает метан, значительно меньше тяжелых углеводородов (Т. У.) — этана (С2Не), пропана (С3Н8) и бутана (С4Ню). Хотя растворимость углеводородов мала, все же многие воды содержат эти газы, особенно воды нефтяных и газовых месторождений (некоторые — до 10000 см3 метана' в 1 л). Постоянно встречается метан и в болотных водах. В прошлом он даже именовался болотным газом, так как его пузырьки нередко выделялись из болотных вод. В результате самовозгорания метана на болотах появлялись блуждающие огоньки, что наводило ужас на местное население.
В глубоких подземных водах вместе с метаном нередко содержится сероводород и углекислый газ; Распространение таких вод в европейскей части СССР показано на рис. 11, 12.
Мнтенгибность Образование метана в боло-
нефтегазооброзойония тах ц в00бще в верхней части
\-----СР сн земной коры вызвано деятель-
X v "биохимические ностью анаэробных бактерий,
разлагающих органические вещества. Аналогичные процессы происходят и в глубоких водоносных горизонтах, особепно на участках распространения углей, нефти, битумов.
Многие геохимики полага-гают, что органические вещества осадочных пород, погружаясь на глубины 3—7 км под воздействием сильного давления
Рис. 13. Общая схема верти- и ВЫСОКОЙ температуры (дО кальиой зональности образова- 200—250°С), раЗЛаГЗЮТСЯ С об-
ния углеводородов в осадоч- -
ных породах (по в. а. Соко- разованием жидких и газооб-лову) разных углеводородов (рис. 13).
Мигрируя вверх и накапливаясь в различных «ловушках», они образуют залежи нефти и газа. По этим представлениям нефть ц газ био-генны — они образовались в результате разложения остатков организмов.
Существует и абиогенная теория происхождения нефти и горючих газов. Еще Д. И.' Менделеев предполагал, что метан и другие углеводороды образуются при взаимодействии карбидов металлов с водой по реакции типа!
2FeC + 3HaO-+Fe,Oa + CBH<.
Углеводороды установлены в глубинных разломах, изверженных породах, предполагаются они и в мантии. Поэтому с позиции абиогенной теории миграция углеводородов осуществляется снизу по глубинным, разломам,, углеводороды поступают из мантии. Действительно, мно-
* гие месторождения нефти и газа приурочены к крупным разломам в земной коре. В пользу абиогенной теории говорят находки углеводородов в гидротермальных рудах, гидротермах, газожидких включениях в минералах. Не исключается и полигенегичность углеводородов, их образование за счет различных процессов. Решение этой крупнейшей научной проблемы геологии, вероятно, произойдет в ближайшие годы. Но как бы ни образовались углеводороды, их накопление в водах возможно только при отсут-
лроцессы
Гермоката-
литическис
процессы
Мстили свободного кислорода, так как в противном случае > аэробные бактерии окислят эти газы:
Поэтому накопление углеводородов в водах говорит об отсутствии кислорода, развитии восстановительной среды.
ДЕГАЗАЦИЯ ВОД
И КОНЦЕНТРАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
С повышением давления растворимость газов в воде увеличивается. Поэтому уже на глубинах 2—3 км подземные воды содержат значительно больше газов, чем у ,земной поверхности. Так, в океанах и морях лишь около .20 см3/л газов, в подземных же водах на глубинах
• 1—4 км содержится 500 см3/л газов. В некоторых подъемных водах Волго-Уральской области, Предкавказья, ^Западной Сибири в 1 л растворено до 1000—1500 см3 ¦газов (главным образом метана).
5 . В местах резкого понижения давления равновесие в рводах нарушается, происходит их дегазация, растворенные элементы выделяются в твердой или газообразной ^орме. Такие участки автор предложил именовать термодинамическими барьерами. Особенно характерны они для шест разгрузки углекислых вод, где резко понижается давление углекислого газа. При его высоком содержании j® водах легко растворяются кальцит и другие карбонаты ^согласно реакции
Са (Mg, РЬ, Zn и т. д.) СОд Н20 + С02 г
ГГП fTinQQ ПйР.ТИ(1П '
Подобная обстановка более характерна для земных глубин с их высокими давлениями, но также и для верхних горизонтов почв, где продуцируется много углекислого газа. В местах резкого понижения давления на термодинамическом барьере из вод осаждаются кальцит и другие карбонаты, т. е. реакция идет в обратную сторону, и углекислый газ выделяется в атмосферу:
