Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Реакция морской воды с твердым веществом независимо от того, представлено ли оно суспензией частиц, в виде донных осадков или магматическими породами океанической коры, называется гальмиролизом (некоторые авторы употребляют этот термин более узко — только по отношению к осадкам). Полагают, что в осадках этот процесс протекает до начала диагенеза, т. е. он идет, когда частицы осадка находятся в прямом контакте с морской водой. Глинистые минералы с хорошо выраженными катионообмениыми свойствами, такие, как смектит (из группы монтмориллонита) и особенно сам монтмориллонит [(Ма)о,7(А13,зМ§о,7)51802о(ОН)4-/гН20], играют важную роль при гальмиролизе — они захватывают М§2+ и из раствора в обмен на Са2+ и К+- Кроме того, образованию монтмориллонита и глинистого минерала — иллита благоприятствуют щелочные условия. Эти'мдщ^ды могут образовываться в результате преобразования «бе^ШИЮл-шого» глинистого минерала, такого, как, например, каолиниг:
ЗА1а512Об(ОН)4 + 2К+ + 2НС08- = 2КА13513О10(ОН)2 -|- 2С02 + 5НаО. (11.8) каолинит иллит
Реакции такого типа Имеют вид «обратного выветривания», так как в них образуются новые минералы, а С02 возвращается в атмосферу. Они были предсказаны Маккензи и Гаррелсом [246], чтобы объяснить удаление избытка Н003~, сносимого реками. Реки поставляют в океан больше двух бикарбонатпых ионов на каждый ион кальция, поэтому не весь НСОз~ может быть удален при осаждении карбонатов:
2НС08- + Са2 + = СаС03 + С02 + Н20. (11.9)
Впрочем, каких-либо прямых доказательств протекания реакции (11.8) в океанической системе, по-видимому, нет. Вероятно, необходимо учитывать роль НС03- в образовании монтмориллонита при изменении базальтов океанического дна, а также при образовании аутигенных щелочных полевых шпатов [209] по реакции типа
А12$1205(ОН)4 + 2№+ + 2НС03" + 4Н4ЗЮ4 = каолинит
= 2№А151808 + 2С02 + 11Н20. (11.10)
полевой шпат
11. Химическая океанография 289
Таблица 11.8. Качественная характеристика изменения состава пород при взаимодействии с морской водой.
Низкотемпературное (<25 °С) ............Высокотемпературное
Si02 Убывает (слабо) Непостоянство* Убывает
тю,
Растет
А120. Убывает (слабо) Непостоянство
SFe Убывает Убывает
Fe2Os/FeO Растет (сильно) Растет (сильно)
CaO Убывает (сильно) Убывает (сильно)
MgO Убывает Растет (сильно)
K,0 Растет (сильно) Непостоянство
Na20 Непостоянство Непостоянство
P205 Растет Непостоянство
H20 Растет (сильно) Растет (сильно)
Микроэлементы
Li Растет (сильно)
В Растет Перераспределяется
CI Растет
Cr Не меняется Не меняется
Mn Непостоянство
Co Не меняется Перераспределяется
Cu Непостоянство Убывает
Rb Растет
Sr Непостоянство Убывает
Y Не меняется Не меняется
Cs Растет
Ba Непостоянство
U Растет
* В разных случаях наблюдается п рост, и убыль. Таблица основана па данных по пробам н различной степени измененных базальтов, поднятым с морского дна [164, 393, 1о7, 300, 377, 192, 193].
Характер взаимодействия морской воды с океаническими изверженными породами зависит от температуры. При низких температурах (^25°С) изменение раскристаллизованных или стекловатых базальтов морской водой приводит к изменениям, перечисленным в табл. 11.8. Скорость изменения, по-видимому, мала, и суммарные изменения зависят от интенсивности развития различных вторичных минералов. Особенно интересная черта низкотемпературных изменений — вынос магния в морскую воду.
Необходимы количественные химические и детальные минералогические исследования низкотемпературного изменения пород, прежде чем можно будет оценить значение.этого процесса для баланса вещества в океанической системе. Такие исследования трудны из-за малой скорости реакций. Эти затруднения не столь велики при изучении высокотемпературных изменений, В последние годы были проведены экспериментальные исследог
290 Часть III
Таблица 11.9. Характер изменения состава раствора в экспериментах по взаимодействию морской воды с базальтом (/ от 70 до 350 °С; Р от 500 до 1000 бар; отношение масс вода/порода ^ 10).
"рИ от слабощелочного до слабокислого Eh от окислительного до восстановительного Состав:
Макрокомпоненты
Na
Mg
S04
Са
К
Sr В
Убывает Почти полностью исчезает Почти полностью исчезает Растет (сильно) Растет при /]2г150оС Убывает при ^=70 °С Непостоянен Растет
Микроэлементы Fe Растет
Мп Растет Си Растет
Ва Растет
По данным работ [24, 256, 25, 265, 358, 2661.
вания изменения базальтов при повышенных температурах. Большая часть этих работ выполнена в диапазоне температур от 70 до 350°С при давлениях от 500 до 1000 бар (от 5-Ю7 до 108 Па), т. е. при давлениях, соответствующих существующим на дне океана. Общие изменения химического состава солевых растворов, установленные в этих экспериментах, приведены в табл. 11.9. Рис. 11.3 (опыт с базальтом) и 11.4 (диабаз) демонстрируют скорость, с которой происходят эти изменения. Возможность использования этих опытов для количественной оценки влияния взаимодействия морская вода — породы на состав воды океана и баланс вещества упирается в оценку отношения реагирующих масс воды и породы. Экспериментальные работы часто проводились при отношении вода/порода^ 10. Эта величина, вероятно, значительно ниже того соотношения, которое создается при процессах в океанической коре. Когда большой объем морской воды реагирует с базальтами морского дна, изменения рИ будут, видимо, очень небольшими и получающиеся минеральные ассоциации и изменения химического состава будут иными. Это может быть одной из причин того, что при низкотемпературном изменении базальтов морской водой магний извлекается из твердой фазы, а в опытах при высоких температурах, напротив, почти полностью удаляется из раствора (табл. 11.8 и 11.9).
