Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
10.1.4. Окислительно-восстановительные • реакции. Это третий тип реакций выветривания. Они могут заметно влиять на рН образующихся растворов. Многие из таких реакций имеют сложный характер и, вероятно, идут в несколько стадий. Например, окисление пирита может быть выражено реакцией
4РеБ2 + 1502 + 14Н20 ->¦ 4Ре(ОН)8 + 16Н+ + 83042-, (10.26)
но, вероятно, протекает в несколько стадий: ,
2РеБ2 + 702 + 2Н20 ->- 2Реа+ + 48042- + 4Н+, ' (10.27)
4Реа++ 02 + 4Н+ -»- 4Ре»+ + 2Н20, (10.28)
Ре»+ + ЗН20 -*¦ Ре(ОН)8 + ЗН+. (10.29)
Эти реакции высвобождают большое количество ионов водорода; на каждый моль пирита приходятся 4 моля иона Н+, из-за чего растворы при выветривании становятся очень кислыми. Могут быть достигнуты величины рН, равные 2 и ниже. Поэтому многие рудничные воды заметно кислые, и в этих случаях достигается глубокое разложение пород.
Другие примеры окислительно-восстановительных реакций:
РЬБ + 4Мпа04 + 12Н20 -РЬ2+ + 8042- + 12Мп2+ -|- 240Н", (10.30)
2МпС08 + 02 4- 2Н,0 -> 2Мп02 4- 2Н2С03, (10.31)
2Ре28Ю4 4- ОВ 4- 4НаО -2Ре203 4- 2Н48Ю4. (10.32)
10.1.5. Устойчивость минералов. Относительная устойчивость минералов к выветриванию на поверхности Земли была представлена Голдичем [134] в следующем виде:
0лиеин Кальциевый
| • плагиоклаз
Гиперстен
Авгит
Роговая обманка
| Натровый плагиоклаз
Биотит /
\ /
Калиевый поле-вой шпат I
Мусковит I
Кварц
Ч х , . =1 ее
С5 СО
с. о а;
ПСЗ '-'их _ 131 О К а>
о со Е ' о ш
Е с) Ь
17-398
258
Часть III
Таблица 10.1. Относительная устойчивость минералов к выветриванию
Самые устойчивые
1. Циркон
2. Турмалин
3. Монацит
4. Гранат
5. Биотит
6. Апатит
7. Ильменит
8. Магнетит
9. Ставролит
10. Кианит
11. Эпидот
12. Роговая обманка
13. Андалузит
14. Топаз
15. Сфен_
16. Цоизит
17. Авгит
18. Силлиманит
19. Гиперстен
20. Диопсид
21. Актииолит
22. Оливин
Наименее устойчивые
Более полный список был составлен Олльером [291] (табл. 10.1). Важно подчеркнуть, что эта последовательность ориентировочная, так как локальные условия могут несколько изменить строгий порядок. Список основан на наблюдениях, касающихся присутствия или отсутствия минералов в различных осадочных породах, поэтому последовательность их отражает относительную устойчивость минералов к совместному действию и механического, и химического выветривания.
10.1.6. Выветривание пород. Легко увидеть, что минеральный состав горных пород — это главный фактор, контролирующий вынос многих элементов из пород при химическом выветривании. При изучении профилей выветривания пяти гранитных массивов Харрис и Адаме [162] установили, что кальций и натрий одними из первых теряются при выветривании. Калий, рубидий и торий — типичные элементы, становящиеся подвижными на промежуточной и конечной стадиях выветривания, в то время как для лития, меди, марганца и цинка обнаружено обогащение почвенного слоя. Ранняя потеря натрия и кальция наблюдалась также Голдичем [134] при исследовании выветривания гранитогнейсов.
В случае более основных пород кальций и магний легко теряются на ранних стадиях выветривания. Ясно, что это — прямое отражение относительной стабильности 'минералов (см. выше). Поэтому последовательность выноса элементов будет зависеть от минерального состава и текстуры пород, а также от климатических условий и действия биологических факторов. На последовательность выветривания влиять может и присутствие некоторых органических веществ — комплексообразова-телей.
Невозможно перечислить здесь все изменения, обнаруживаемые во множестве различных типов горных пород при выветривании; многие изменения могут быть предсказаны на основании данных по индивидуальной устойчивости минералов. Однако автор считает целесообразным указать наиболее характерные изменения химического состава. .
10. Континентальные воды 259
Алюминий обычно является одним из наименее подвижных элементов при выветривании главным образом вследствие очень низкой растворимости А120з при величинах рН между 5 и 8. Стало обычным поэтому считать потерю ¦ алюминия незначительной и использовать концентрацию алюминия в различных продуктах выветривания,' находящихся in situ, как эталон, относительно которого могут быть определены потеря или накопление других элементов. Такое предположение • о полной инертности алюминия не имеет строгого обоснования, потому что некоторое количество алюминия все же переходит в раствор. Но это — полезное и разумное приближение, обусловленное тем, что рН растворов при выветривании в большинстве случаев не приобретает значений более 8 или менее 5.
Состав силикатных пород (выраженный в окислах элементов после пересчета на постоянное содержание алюминия) изменяется при выветривании следующим образом:
— небольшое увеличение, _ -I
— значительный рост, ' ;
— почти полное исчезновение за счет окисления до Fe203,
— значительное уменьшение,
| почти полный вынос,
— уменьшение, ;
— очень большой рост.
Некоторые исследователи предлагали использовать постоянство содержания алюминия при выветривании для определения степени изменения пород (например, Ракетой [337] предложил использовать молярное отношение кремния к алюминию для измерения степени выветривания в гумидных регионах). Относительную неподвижность алюминия и железа можно хорошо продемонстрировать на примере образования бокситов и латеритов — этих конечных нерастворимых остатков длительного процесса выветривания. Чезуорт [59] предложил использовать компоненты Si02, А1203, Fe203 и Н20 для определения «остаточной системы» при выветривании. В виде диаграмм Si02—AI2O3—Fe203 это можно использовать для выражения химии и минералогии наиболее обычных остаточных продуктов выветривания силикатных пород.
