Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Более сложными являются гетерогенные системы с межфазовыми взаимодействиями (особенно системы «подземная вода— порода»). Однако в них существуют частичные и локальные равновесия. Установлению этих равновесий способствует уменьшение скоростей фильтрации подземных вод и увеличение времени межфазовых взаимодействий при неизменных внешних условиях. Даже в корах выветривания могут наблюдаться приближения к частичным равновесиям. Например, при растворении силикатов и алюмосиликатов постоянно сохраняется неравновесность системы «силикат — подземная вода», но возникают равновесные состояния этих же подземных вод с вторичными гипергенными новообразованиями, развивающимися по первичным силикатам. При этом система «вода — порода», постоянно сохраняя неравновесность по отношению к первичным силикатам, обычно проходит через последова
69
тельный ряд равновесий с вторичными новообразованиями. Из раствора, неравновесного по отношению к исходным первичным минералам, образуются те минералы, с которыми согласно принципу частичного равновесия в определенный момент времени равновесен р я створ данного химического состава. Это означает, что в результате реакций твердой фазы с раствором возникает вторичный продукт, равновесный с раствором, но. неравновесный по отношению к исходной твердой фазе. Несмотря на установившееся равновесие между вторичными образованиями и раствором, первичная твердая фаза реагирует с водной фазой и процесс растворения продолжается. Изменение химического состава раствора будет длиться до тех пор, пока вся система «исходные минералы — подземная вода» не придет в устойчивое термодинамическое равновесие. Длительность водообмена в гидрогеологических структурах (особенно при малых скоростях движения подземных вод) обычно определяет возникновение в таких структурах крупных полей, в пределах которых выполняются принципы частичного химического равновесия в системе «подземная вода — порода».
Изложенный в настоящей главе материал позволяет сформулировать следующие принципы использования методов равновесной химической термодинамики в геохимии подземных вод.
1. Концепция локальных и частичных равновесий в гидрогеохимических системах дает возможность использовать весь арсенал методов химической термодинамики для познания и прогноза различных геохимических процессов и явлений.
2. Расчеты, основанные на методах равновесной химической термодинамики, играют роль ориентира при гидрогеохимических исследованиях. Они помогают устанавливать возможность протекания различных процессов в данных гидрогеохимических ситуациях, но оставляют открытым вопрос об их реализации. Поэтому результаты расчетов, основанных на таких методах, в гидрогеохимии могут быть использованы только для вероятностного прогнозирования процессов и явлений.
Все выводы, сделанные на основе методов химической термодинамики, следует оценивать с помощью независимых объективных критериев, которыми прежде всего являются результаты конкретных полевых и экспериментальных исследований. Основной критерий правильности термодинамических выводов — подтверждение их конкретными природными наблюдениями и экспериментальными исследованиями'. Отсюда следует, что современные гидрогеохимические исследования должны быть синтезом, объединяющим применение: а) методов химической термодинамики, позволяющих прогнозировать и объяснять причины тех или иных гидрогеохимических явлений; б) классических полевых гидрогеохимических и эксперимен
70
тальных методов, результаты которых помимо специальных задач должны рассматриваться в качестве независимых и объективных критериев степени достоверности процессов и явлений, прогнозируемых на основе методов термодинамики.
Контрольные вопросы
1. Есть ли разница между понятиями термодинамическая равновесность и обратимость?
2. От чего зависит лроиз'ведение растворимости? Зависит ли оно от состава раствора?
3. В чем разница' между произведением растворимости и растворимостью? '4. В чем разница между молярностью раствора и его моляльностью?
5. Какие условия способствуют установлению равновесных термодинамических состояний в реальных гидрогеохимических системах?
6. Каков геохимический смысл коэффициента активности ионов? От чего он зависит и как влияет на геохимические процессы?
7. Имеется ли разница между формальной и эффективной ионной силой. Какие гидрогеохимические условия способствуют возникновению этой разницы?
8. Какой геохимический смысл понятия активность воды в гидрогеохимических системах?
9. Что Вы понимаете под термодинамическими расчетами в гидрогеохимии? В чем их особенности?
10. Назовите термодинамические параметры. Что они характеризуют?
11. Охарактеризуйте свойства реальных гидрогеохимических систем, которые необходимо знать при применении химической термодинамики.
МИГРАЦИОННЫЕ ФОРМЫ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ
3.1. ЗНАЧЕНИЕ МИГРАЦИОННЫХ ФОРМ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГИДРОГЕОХИМИИ
.Одним из основных достижений геохимии природных вод за последние 30 лет является открытие многообразия форм существования химических элементов в природных водах. Разные соединения одного и того же элемента имеют различные термодинамические, физико-химические и ' гидрогеодинамические параметры и характеристики (свободные энергии, коэффициенты диффузии и др.)- Поэтому процессы миграции элементов и их распределение'при взаимодействиях «вода — порода» невозможно правильно интерпретировать и прогнозировать, не зная их миграционных форм в подземных водах различного химического состава. Например, легко гидролизующиеся элементы, такие, как Al, Fe (III), Be, Ti, Th и др. («элементы-гид-ролизаты», по В. М. Гольдшмидту)) образуют в водных растворах гидроксиды с очень низкими (<10-20) значениями произведения растворимости, поэтому их миграция в виде простых
