Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
10.2. Воды ручьев, рек и озер. Природа водных растворов, возникающих и изменяющихся в процессах выветривания, определяется многими факторами, включая химические (скорость реакций, растворимость, поверхностные реакции и т. д.) и факторы среды (климат, геологическое строение, гидрологический цикл) .
Растворы, образовавшиеся при выветривании, могут смешиваться с другими водами, которые существенно не вовлекались
Si02
Fe203
FeO
MgO
CaO
NaaO
KsO
H20
17*
260 Часть III
в процессы выветривания. В свою очередь смешанные воды могут быть изменены последующими реакциями, например кати-онным обменом с глинистыми минералами или с другими твердыми фазами, а также в результате деятельности человека. Поэтому трудно предсказать состав данной воды на некоторой стадии ее гидрологической эволюции или установить точное влияние каждого из факторов, которые определяют ее состав. Однако можно высказать некоторые общие соображения по поводу основных геохимических особенностей пресных и соленых вод двух типов:
а) поверхностных вод (ручьев, рек и озер);
б) подземных вод (т. е. подповерхностных вод, которые находятся в водонасыщенной зоне).
Последний тип вод рассмотрен в следующем разделе.
Хотя в водах ручьев и рек концентрации растворенных веществ очень сильно варьируют, тем не менее большое количество имеющихся данных позволило Ливингстону [234] оценить средний мировой состав речной воды (табл. 10.2).
Таблица 10.2. Средний химический состав воды рек мира, мкг/г
НСОз" 58,4 Са 15 Ре 0,67
5042- 11,2 ме 4,1 13,1
С1- 7,8 N3 6,3 Сумма 120
Ы03- 1 К 2,3
Ливингстон также свел данные по содержаниям микроэлементов в речных водах и смог дать для некоторых элементов приближенные значения для средней мировой речной воды. Они суммированы в табл. 10.3. Данные о составе главных рек мира могут быть взяты из работы Ливингстона [234]. Общее количество растворенных веществ, выносимых ежегодно реками в океан, оценивается примерно в 3,905-1012 кг.
Озерные воды также сильно варьируют по составу. Различия могут существовать не только между составами вод разных озер, но и в пределах одного озера, если в нем существует заметная стратификация по температуре и составу. В нижнем, более соленом слое стратифицированных озер часто создаются восстановительные условия, что ведет к накоплению в воде нитритов, аммония и Ре2+ до относительно высоких концентраций. Восстановительные условия могут также приводить к образованию сероводорода и осаждению некоторых сульфидов металлов (включая сульфид железа). При этом из осадков могут извлекаться кремнезем и фосфор.
Существование зоны, характеризующейся резким изменением температуры с глубиной (термоклина), которая разделяет верхний и нижний слой термически стратифицированного озе-
10. Континентальные воды 261
Таблица 10.3. Средние содержания микроэлементов в речной воде
Галогены
? менее 1 мкг/г
Вг около 0,02 мкг/г. Среднее мировое значение для пресной воды.
1 около 2 иг/г. Среднее для озер и рек
Переходные элементы
V значительно меньше 1 нг/г
N1 около 10 нг/г. Обычная пресная вода
Си около 10 иг/г. Обычная пресная вода
Прочие элементы
В около 13 нг/г 1г\ около 10 нг/г
ИЬ около 1 нг/г РЬ от 1 до 10 нг/г.
Ва около 50 иг/г и около 1 нг/г
ра, способствуют сохранению восстановительных условий в нижнем слое. Эта зона препятствует быстрой диффузии атмосферного кислорода в анаэробный (т. е. восстановительный) слой воды. Атмосферные газы определяют рН и окислительно-восстановительные условия верхнего слоя воды. Чистая вода, которая находится в равновесии с атмосферой, должна быть слегка кислой из-за растворения С02, дающего угольную кислоту. Однако большая часть озерных вод содержит больше растворенного СО2, чем должно быть при равновесии. Это результат дыхания организмов и присутствия растворимых карбонатов. Значение карбонатного равновесия для контроля рН и состава природных вод обсуждалось в разд. 10.1.
В перспективных работах Гаррелса и Маккензи [128, 130], посвященных происхождению вод источников и озер, была использована идея о том, что реакции в них можно рассматривать как происходящие в закрытой системе. Были изучены воды источников и озер Сьерра-Невады (США), где породы представлены разнообразными гнейсами, от кварц-диоритовых до кварц-микроклиновых. Главные минералы в них — плагиоклаз, калиевый полевой шпат, кварц, второстепенные — биотит и роговая обманка. Выветрелый остаток состоит из алюмосиликатов, главным образом каолинита с небольшими количествами аутигенного гиббсита, слюды и монтмориллонита.
Чтобы доказать, что система может рассматриваться как закрытая, Гаррелс и Маккензи применили следующий метод. Они проверили, получится ли баланс вещества, если воды источников и твердые продукты выветривания «прореагируют обратно» с образованием исходных минералов гнейсов. Основные посылки расчета:
а) алюмосиликатный остаток плюс весь Na+ и Са2+ воды образуют исходный плагиоклаз (~An3s);
18-398
262 Насть III
