Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
175
высокие концентрации SO42" их метаморфизация происходит по обычной схеме HC03->-S04-»-Cl. При этом минерализация подземных вод может увеличиваться до 100 г/л и более. Такая метаморфизация подземных вод может привести к образованию в твердой фазе сульфатов и даже хлоридов.
Формирование пересыщенных растворов, вследствие изменения температуры и давления. Если подземные воды формировались в условиях высоких температур, то их поступление в зону меньших температур (например, при выходе на поверхность) приводит их в состояние пересыщения по тем соединениям, растворимость которых при высоких температурах больше, чем при низких. Так, растворимость боратов натрия при изменении температуры от ~0 до 1000C изменяется от до десятков граммов на литр и поэтому при выходе термальных бороносных углекислых вод и высокотемпературных бороносных эксгаляций на поверхность формируются грандиозные скопления минералов — боратов. Такие отложения, известные в Италии, Турции, Тибете, Андах являются крупнейшими месторождениями бора.
Изменение давления не оказывает прямого воздействия на растворимость солей — его влияние косвенное через дегазацию подземных вод, приводящую к изменению геохимической среды подземных вод. Такие явления особенно характерны для подземных вод, содержащих CO2 и особенно для углекислых минеральных вод. Растворимость CO2 в воде при 1O0C и давлении 0,1 МПа составляет ~ 1,2 г/л, а при давлении 5 МПа она возрастает до ~60 г/л. Поэтому при выходе углекислых вод на поверхность происходит самопроизвольный переход рас* творенной CO2 в газовую фазу и это ведет к резкому уменьшению концентраций растворенной свободной CO2 в воде. В результате концентрация С02(СВоб) оказывается меньшей, чем это необходимо для равновесия с тем содержанием HCO3-, которое имеется в углекислой воде (см. раздел 6.1.2).
Эти содержания HCO3- оказываются избыточными по отношению к новым меньшим концентрациям С02(СВоб), они не обеспечиваются этими новыми концентрациями. В итоге избыточная часть HCO3- преобразуется в CO32":
2НСО-зCO32-+ H2O + С02(газ).
Если подземные воды содержали кальций, то увеличение концентраций CO32" вызывает пересыщение воды по CaCO3, при этом чем большей была первоначальная концентрация HCO3" тем большим при прочих равных условиях оказывается пересыщение. Последующая реакция Са2++СОз2-=СаС03(Тв) дает основу для формирования в очагах разгрузки углекислых вод так называемых травертинов. Этот продукт деятельности углекислых вод распространен в альпийских структурах зем
176
ной кори. На травертинах построены многие города Кавказа» Аппенин и других регионов, они широко используются в качестве строительного материала.
Формирование пересыщенных растворов вследствие окислительно-восстановительных реакций. Окислительно-восстановительные процессы приводят к образованию переменновалент-ными элементами соединений различной растворимости. Так, окисление Fe2+-^-Fe3+ и последующий гидролиз Fe3++ЗОН-= = Fe (ОН) 30^-Fe(OH)3(TB), происходящие при выходе подземных вод с низкими значениями Eh на поверхность, приводят к быстрому пересыщению таких вод по Fe(OH)3 и к образованию в зонах выходов этих вод гидроксидов железа. Аналогичный процесс осаждения гидроксидов железа происходит в аэрированных прифильтровых зонах скважин и других коммунальных механизмах.
Большое значение имеют процессы восстановления. Так, восстановление урана с 6- до 4-валентного состояния UO22++ + 4H++2e-=U4++2H20 приводит к осаждению его гидроксида (ПРи(он)410-52) с последующим преобразованием ее в диоксид
урана UO2. Такой процесс восстановления является причиной формирования так называемых гидрогенных месторождений урана, формирующихся в результате деятельности подземных вод.
Мы рассмотрели только наиболее выраженные природные ситуации образования пересыщенных растворов. В реальности причины образования таких пересыщенных растворов многообразнее. Они могут объединять разные процессы в различной последовательности. Так, при смешении НСОз-Na фтороносных вод с кальциевыми рассолами происходит относительно простой процесс образования пересыщенных по CaF2 растворов и образование флюорита из этих растворов. Но могут происходить и более сложные сочетания процессов. Так, биохимическое восстановление S042"-»-S2- в подземных водах и последующее смешение таких сульфидных вод с рассолами, содержащими высокие концентрации Zn, Pb и других халькофильных элементов, приводят к образованию пересыщенных по ZnS, PbS и др. растворов и к образованию ими различных сульфидов.
6.2.3. Устойчивость пересыщенных подземных вод и метастабильные состояния
Рассмотрим диаграмму состояний растворов в координатах «концентрация — температура» (рис. 6.16). Из этой диаграммы следует, что в водах между стабильными (ненасыщенными) состояниями, когда кристаллизация невозможна, и лабильными состояниями, когда кристаллизация обязательна, существу-
12-1149
177
к
Рис. 6.16. Диаграмма состояний .раствора: I—III — области соответственно лабильных, метастабильных и стабильных состояний
Температура
