Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Ен = 0,221
0,059 рН.
(10.57)
Это соотношение дает линию, параллельную той, что получена по уравнению (10.55). Обе прямые изображены на рис. 10.2. Эта диаграмма показывает, что металлическое железо неустойчиво в присутствии воды при 25 °С, так как граница реакции Ре/Ре304 лежит ниже нижнего предела устойчивости воды.
Поля устойчивости окислов железа на рис. 10.2 рассчитаны для системы чистая вода — железо при отсутствии каких-либо других компонентов, которые обычно содержатся в природных системах (например, СОг). Очевидно, что они влияют на поля устойчивости растворенных частиц и минеральных фаз. Рассчитаем влияние атмосферного углекислого газа с парциальным давлением Рсо2 =0,00031 (= 10-3'5) атм (или 31,4 Па) на поля устойчивости соединений железа. Ниже приведены соответствующие реакции и соотношения Ев'
2РеС03 хверд + Н20 = Ре203 тверд 4- 2С02 га3 + 2Н+В0Д„ + 2е~. (10.58) сидерит гематит
10. Континентальные воды 271
2. 4 6 8
, Рн
Рис. 10.5. Сводная диаграмма устойчивости некоторых сульфидов и продуктов их окисления при 25 °С и 1 атм общего давления [126].
Для этой реакции
?н =0,286 +0,059 IgPc02—0,059 рН, (10.59)
3FeC08 тверд + Н20 = Fe304 тверд + ЗС02 газ -j- 2Н+В0ДИ + 2е~, ( 10.60) магнетит
?н = 0,319+0,0885 lgPCOa-0,059 рН. (10.61)
Подстановка РСо2 = Ю~3,5 атм дает уравнения двух линий, показанные на рис. 10.3 для 25 °С и общего давления 1 атм.
Можно построить также сводные диаграммы. Они показывают поля устойчивости растворенных веществ в равновесии с изображенными на диаграмме твердыми фазами при заданной величине суммы активностей ионов. Пример такой диаграммы приведен на рис. 10.4. Отметим, что Рсо2 для этой диаграммы равно Ю-2,0 атм, что дает большее поле устойчивости сиде
272 Часть III
рн
Рис. 10.6. Примерное положение на диаграмме ?н—рН некоторых природных сред [127].
рыта, чем на рис. 10.3. Гаррелс и Крайст [127] детально описывают методы построения и использования сводных диаграмм.
На рис. 10.5 изображены поля стабильности различных продуктов окисления наиболее распространенных сульфидов металлов [126]. Этот рисунок может служить хорошим примером использования подобных диаграмм, которые количественно отражают роль Ец и рН при окислении руд, происходящем вследствие изменения условий среды. Руда, первоначально находившаяся в условиях, изображенных точкой С на рис. 10.5 (т. е. до выведения первичных сульфидов на поверхность земли), попадает в условия В — на поверхность. Окисление руд ведет к формированию кислых грунтовых вод, которые постепенно нейтрализуются вдоль кривой ВС, если это происходит в карбонатных породах, или вдоль линии ВАС — в изверженных. При этом в последовательно меняющихся условиях рН и Ец осаждаются указанные на рис. 10.5 минералы. Эта диаграмма де-
11. Химическая океанография 273
монстрирует одну из ранних попыток применить Ев.—рН-соот-ношения к анализу процессов выветривания. С тех пор диаграммы ?н—рН стали более совершенными за счет большей приближенности к природным условиям, но основные принципы их построения остаются прежними.
Диаграмма, отражающая приблизительные Ев—рН-условия для некоторых природных объектов, построенная Гаррелсом и Крайстом [127], показана на рис. 10.6. Она может использоваться совместно со сводными диаграммами Ец—рН типа изображенной на рис. 10.4 для предсказания вероятного появления тех или иных минералов. Однако такое применение диаграмм ограниченно. На сводных,. Ев.—рН-диаграммах могут быть изображены только стабильные фазы в системах заданного химического состава при условии достижения в них равновесия. Природные системы, особенно при выветривании, часто только стремятся к химическому равновесию и, вероятно, имеют химический состав более сложный, чем это выявляется на свободной диаграмме.
Рекомендуемая дополнительная литература
Berner R. A. Principles of Chemical Sedimentology. McGraw-Hill, 240 pp., 1971. Garrels R. M., Christ C. L. Solutions, Minerals and Equilibria. Harper. 450 pp.,
1965 [русский перевод: Гаррелс P. M., Крайст Ч. Л. Растворы, минералы,
равновесия. — М.: Мир, 1968, 368 с]. Garrels R. М., Mackenzie F. Т. Evolution of the Sedimentary Rocks. Norton
Chapters 10 and 11. 397 pp., 1971 [русский перевод: Гаррелс P., Маккен-
зи Ф. Эволюция осадочных пород. — М.: Мир, 1974, 272 с]. Lerman A. Geochemical Processes, Water and Sediment Environments. Wiley.
481 pp., 1979.
Loughnan F. C. Chemical Weathering of the Silicate Minerals. American Elsevier. 154 pp., 1969.
Stumm W., Morgan J. J. Aquatic Chemistry. An Introduction Emphasizing Chemical Equilibria in Natural Waters. Wiley. Chapters 7 and 8. 583 pp., 1970.
П. Химическая океанография
ПЛ. Общие сведения и химический состав морской воды.
«Океаны занимают более 70% поверхности Земли, воды океанов составляют 98% массы гидросферы. Океаны представляют собой относительно хорошо перемешанную систему. Несмотря на их огромные размеры, они достаточно однородны, вследствие чего описание их химических свойств сравнительно несложно. Впрочем, в распределении некоторых элементов заметную- роль играет биологическая деятельность, и это неизбежно ведет к большей сложности системы.
