Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
80 120 160 200 2UO
Минерализация грунтовых* вод , г/л
В дальнейшем в зависимости от сформировавшегося химического состава грунтовых вод формируется различная последовательность осаждения солей. Для определения этой последовательности полезно знать принцип химического разделения Харди — Эгстера. Использовавший этот принцип Дж. Дривер i[10], сформулировал его следующим образом: Всякий раз, когда в процессе испарения осаждается бинарная соль и эффективное отношение двух ионов в соли отличается от отношения концентраций этих ионов в растворе, дальнейшее испарение будет приводить к увеличению содержания иона, присутствующего в растворе в более высокой относительной концентрации и к снижению содержания иона, присутствующего в бо-
M,гг si
10
>CaS04 I
T
1
>NaCl,KCt T ^ ?CaCl21Mg-Cl2 t
+NH4NO5 t Ca(N03)2
*0*
I
Рис. б. 14. Схема последовательного выделения соединений из почвенно-грунтовых вод при их испарении (по В. А. Ковде)
/ — направление стока, возрастающего испарения и минерализации вод; 2 — насыщение раствора и осаждение твердых соединений
10
,-4
1
7 3 10 30 100 ЗОН Фактор концентрирования Ti
Рис. 6.15. Изменение концентраций Ca2+ и SO42- в процессе выпаривания раствора, равновесного с гипсом, при начальном условии mCa2+=2mso*-4; поправки на активность игнорировались [10]
лее низкой относительной концентрации. Основная идея химического разделения заключается в том, что из двух ионов, которые входят в состав соли, осаждающейся в процессе испарения, один будет накапливаться, а концентрация другого станет очень низкой (рис. 6.15).
Применение этого принципа к реальным подземным водам определяет вероятность образования двух видов последовательности осаждения солей из подземных вод при их испарении. Первый вид имеет последовательность СаСОз—CaSO4—• NaCl. Этот вид формируется, когда после осаждения СаСОз в воде аналитическая концентрация кальция в эквивалентах будет больше аналитической карбонатной щелочности, вычисляемой также в эквивалентах, т. е. 2тса2+ > ^нсо-3 + 2тсо32-. В этом случае в воде происходит преобладающее возрастание концентраций кальция и он осаждается не только с СаСОз, но и с CaS04-2H20. Такие ситуации характерны для многих низменных аридных регионов (Кура-Араксинская низменность, Ферганская долина и другие межгорные впадины), получающих сток маломинерализованных околонейтральных подземных вод со стороны горно-складчатых областей. В этих регионах соли, выпадающие из грунтовых вод, накапливаются в коре выветривания и почвах, образуя ряд солевых зон — ближе
174
к уровню грунтовых вод выпадает CaCO3, а вблизи поверхности почв более растворимые гипс и хлориды. Образование этих солей и их зональность в аридных регионах изучены В. А. Ковдой, А. И. Перельманом и др.
Иная последовательность формируется, когда после осаждения CaCO3 концентрация кальция становится менее карбонатной щелочности, т. е. 2тсаа+ </яНсо-3 + ^/исоз*- •
В этом случае возрастание концентраций HCO3"*+CO32" обгоняет рост концентраций кальция и их осаждение происходит не только в виде CaCO3, но и в виде Na2CO3. В итоге формируется последовательность осаждения солей СаСОз— Na2COs—NaCl. Происходит содовое засоление почв и коры выветривания. Такие ситуации распространены в аридных горных регионах, сложенных щелочными алюмосиликатными породами, а также в ряде низменных аридных регионов. Типичные примеры такого содового засоления известны на высокогорных плоскогорьях Восточного Памира.
Названными соединениями далеко не ограничены соли» осаждающиеся из грунтовых вод аридной зоны. В зависимости от геологических и геохимических ситуаций, происходит отложение различных соединений более редких элементов — бора, стронция, селена, урана, йода, азота. Так, в районах боронос-ных геологических структур подземные воды обогащены бором и из них откладываются кальциевые бораты — иньоит CaB6Oj1 •13H2O и колеманит Ca2B6On •5H2O, а также и натриевые бораты — боронатрокальцит NaCaB509-8H20 и др. В наиболее аридных ситуациях формируются соли йода Ca (Юз)а» нитраты NaNO3 и др.
Не менее важным для осаждения твердой фазы и соответственно для формирования минерализованных подземных вод является процесс вымораживания в районах многолетнемерз-лых пород. Вымораживание, так же как и испарительное концентрирование, ведет к удалению молекул H2O (в данном случае в твердую фазу льда). Это соответственно приводит к кристаллизации солей и увеличению минерализации меж-H подмерзлотных подземных- вод. Общая последовательность отложения солей при вымораживании такая же, как и при испарительном концентрировании, но имеются и некоторые особенности.
При вымораживании маломинерализованных подземных вод с минимальными содержаниями кальция, особенно в закрытой межмерзлотной системе, отложение солей обычно завершается стадией садки Na2CO3. При этом формируются минерализованные щелочные воды HCO3(CO)3-Na состава.
При вымораживании подземных вод повышенной минерализации или подземных вод, содержащихся в засоленных породах (например, вблизи берега океана), когда они содержат
