Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
В практике гидрогеохимических исследований часто составляют гидрогеохимические карты и разрезы. При нанесении на них данных химического состава вод часто пользуются колонкой-диаграммой, кругом-диаграммой или другими изображениями химического состава вод. При этом площади, занимаемые каждым ионом, закрашиваются в соответствующие цвета.
При наличии большого количества фактического материала по химическому составу вод используют статистические методы его обработки. Для изучения зависимостей содержания отдельных компонентов от различных природных факторов применяют факторный и другие виды анализов.
Вопросы классификации и систематизации подземных вод по их химическому составу подробно изложены в методических пособиях для практических занятий по гидрогеохимии.
Контрольные вопросы
1. Что вы понимаете под вещественным составом подземных вод?
2. Назовите основные макро- н микрокомпоненты подземных вод. В чем их отличие? .
3. Как зависит содержание растворенных газов от природных условий?
4. Как использовать кривую Крейга для гидрогеохимических выводов? В чем специфика использования стабильных и радиоактивных изотопов?
5. Назовите основные классификации химического состава подземных вод, их преимущества и недостатки.
Глава 2
ОСНОВЫ ПРИЛОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ К ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИМ СИСТЕМАМ
Химическая термодинамика изучает химические (в том числе и геохимические) явления на основе постулатов термодинамики. Она использует существование взаимосвязи между химическими реакциями и энергией, затрачиваемой на их осуществление. Термодинамические расчеты в гидрогеохимии показывают возможность каких-либо самопроизвольных процессов, позволяют установить их направление и результат в данных геохимических и термобарических ситуациях. При генетическом анализе гидрогеохимических явлений методы химической термодинамики позволяют: а) из множества предполагаемых процессов уста-
4—1149 49
Af1 г/кг
пресные воды . ? солоноватые воды соленые воды . рассолы
До 1
От 1 до 25 От 25 до 50 Более 50
-лавливать такие, которые наиболее вероятны в данной геохимической и термобарической ситуации; б) определять физико-химическую сущность происходящих явлений; в) дать полное физико-химическое описание системы и последовательность (стадийность) вероятных в ней процессов.
Химическая термодинамика возникла в результате синтеза нескольких направлений физики и химии — учения о химическом равновесии, термохимии и термодинамики и поэтому она использует методы всех этих направлений. Основы химической термодинамики в современном ее понимании заложены американским физиком-теоретиком Д. У. Гиббсом (1839—1903 гг.), им были сформулированы те основные ее положения, которые в настоящее время используют в различных направлениях- гидрогеохимии и геохимии. При использовании методов химической термодинамики в гидрогеохимии следует знать, что классическая химическая термодинамика — это наука о принципиально возможном. Она дает возможность судить о принципиальной осуществимости предполагаемых явлений, об их вероятности. Mo она оставляет открытым вопрос о времени реализации этих явлений.
Время, скорость и механизм реакций являются объектом и задачей другого направления физической химии, называемого химической кинетикой. Кинетические параметры, зависящие от механизма процесса, позволяют описать скорости элементарных стадий и всей реакции в целом, характеризуют энергетические затраты, необходимые для преодоления барьеров, удерживающих систему в исходном состоянии.
2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
В термодинамике система определяется как тело или совокупность взаимодействующих тел, мысленно выделенные из окружающей среды замкнутой поверхностью. Системами являются планета Земля, земная кора, атмосфера, Мировой.океан, озеро, рудное месторождение, водоносный горизонт, участок водоносного горизонта, в пределах которого происходит взаимодействие подземных вод с какими-либо минералами. Так, например, фто-роносиая вода, взаимодействующая на каком-либо участке водоносного горизонта с флюоритом, составляет термодинамическую систему. Соответственно термодинамическая система может включать несколько фаз. Фаза — это физически однородная часть системы, ограниченная поверхностью раздела, которую можно хотя бы в принципе механически отделить от других фаз. Тождественные по свойствам макроскопические части системы считаются одной фазой. Например, одной фазой являются все зерна одного и того же минерала в породе или раствор, заполняющий поры между этими зернами. Фазой также считают пу-
60
зырьки свободного газа, присутствующие в растворе. Система называется гомогенной, если она состоит из одной фазы, и гетерогенной, если состоит из нескольких фаз.
Системы могут быть изолированными, закрытыми и открытыми. Если система не обменивается с окружающей средой веществом и энергией, то она называется изолированной. Закрытая система не обменивается со средой веществом, но может обмениваться энергией. Открытая система обменивается со средой и веществом, и энергией. В природе невозможно найти абсолютно изолированную систему. В практике термодинамических расчетов часто пренебрегают обменом между системой и окружающей средой. Это допустимо в тех случаях, когда вносимое нами упрощение сравнительно мало влияет на погрешность конечного результата термодинамического анализа избранной системы. Всякая система находится в некотором термодинамическом состоянии, характеризуемом совокупностью термодинамических свойств (параметров): температура, давление, химический состав фаз, масса и т. д.
