ВЕДУЩИЕ И РЕДКИЕ ИОНЫ. Термобарогеохимия. Ионы гидротермальных растворов

ГЕОХИМИЯ ВОДЫ

 

ВЕДУЩИЕ И РЕДКИЕ ИОНЫ. Термобарогеохимия. Ионы гидротермальных растворов

 

 

Почти все химические элементы мигрируют в ионной форме, причем ионы одного и того же элемента, имеющие разную валентность, ведут себя в водах различно. Например, двухвалентное железо (Fe2+) в геохимическом отношении похоже на щелочпоземельные металлы — Mg, Са и т. д., а трехвалентное железо (Fe3+) — на алюминий. Поэтому, чем больше валентных состояний элемента в водах, тем разнообразнее его' миграция. Так, хлор практически образует только один ион G1", и его миграция сравнительно однообразна. Сера образует S2_, HS~, S042" и другие ионы, ее миграция разнообразнее.

 

Важнейшие геохимические особенности вод зависят от небольшого числа преобладающих ионов. Такие ведущие ионы образуют элементы с высокими кларками — О, Са, Mg, Na, К, CI, S и др. Редкие элементы из-за низкого кларка содержатся в водах в ничтожных количествах—часто менее п • 10~s г/л (до п • 10~14 г/л у радия). Это исключает существенное влияние их ионов на геохимические свойства вод, т, е.' на способность вод определять условия миграции элементов.

 

На земной поверхности и в верхней части земной коры в водах наиболее распространены шесть ионов — три катиона (Са2+, Mg2+, Na+) и три аниона (IICOJ, S042-, С1~). Ведущее значение во многих водах имеют водородный (Н+) и гидроксильный (ОН-) иопы, хотя их содержание в 1 л редко превышает 1 мг (10~3 г/л). Реже ведущее значение приобретают карбонат-ион (С032-), гидро- сульфид-иоп (HS~), сульфид-ион (S2-). В гидротермах возрастает роль и других ионов, например фтор-иона (F~).

 

Иногда о видах ионов, можно судить по формуле минерала, как, например, в случае с поваренной солью (NaCl-»-Na+ + CI"). Однако часто задача оказывается значительно труднее и выводы делают на основании сложных расчетов. На помощь приходит химическая термодинамика, которая позволяет рассчитывать формы нахождения элементов в растворах, зная их концентрацию, свойства вод и так называемые константы диссоциации химических соединений, приводимые в справочниках по физической химии.

 

В последние годы ЭВМ значительно облегчили и ускорили эти расчеты. В результате для многих вод установлены характерные для них ионы. Один и тот же элемент в зависимости от его концентрации, температуры воды, концентрации других ионов, газового состава вод и других факторов образует различные ионы.

 

При изучении гидротерм наряду с термодинамическими расчетами большое значение приобрел анализ газожидких включений в минералах, методы которого разработаны Н. П. Ермаковым и др. Многие гидротермальные минералы содержат микровключения, чаще всего пузырьки с газом и жидкостью и так называемыми минералами- узниками. Их размеры измеряются микронами или десятками микрон. В 1 г минерала обнаруживают миллионы таких включений. При нагревании вещество пузырьков становится однородным: газы и минералы-узпики растворяются в жидкости.

 

Предполагается, что образующийся раствор является остатком той среды, из которой образовались гидротермальные минералы. «Прямо как чудо наблюдаешь под микроскопом зарождение, рост и растворение минералов-узников из капелек среды, законсервированных сотни миллионов лет назад»,— пишет Н. П. Ермаков. Для определения элементного состава включений используют микроспектральный и другие виды анализов.

 

Изучение газожидких включений, начатое несколько десятилетий назад, оформилось в самостоятельное научное направление — термобарогеохимию. Анализ газожидких включений, изучение состава гидротермальных минералов, термодинамические расчеты свидетельствуют о большом разнообразии ионов гидротермальных растворов. Так, для меди приводятся ионы Си2+, CuHS04+, [Cu(C03)J2-, CuOH\ Cu(OH)r, Cu+, CuCl+; для свинца - РЬС1+, PbF+, РЮН+, [Pb(OH)J", PbHS+, lPb(HS)3J-, lPb(S2Q3)3]4-, [Pb(S203)2J2- и т. д.

 

Не менее разнообразны н ионы молибдена. В термальных водах, по данным геохимика В. И. Рехарского (1973), этот металл образует оксимолибдатные, кремнемолибдено- вые, молибден-урановые, молибдатные, гидросульфид-мо- либдатные и другие комплексные ионы. Молибден-урановые комплексы, например, имеют состав [U02(Mo04)2]2~, IU02M004(0H)2J2-. Исследования члеиа-корр. В. JI. Барсукова* показали, что в переносе олова важное значение имеют фторгидроксильные комплексы типа Sn(F, ОН)62-,

 

Среди ведущих ионов в гидротермах большое значение придается хлор-пону (С1~), многие гидротермы имеют хлоридный состав. Этот ион образует растворимые комплексы типа МеС1+ с большинством металлов.

 

 



 

К содержанию книги: Геохимия природных вод

 

Последние добавления:

 

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОШЛОЕ ПОДМОСКОВЬЯ   КАЛЕДОНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ     Поиск и добыча золота из россыпей    ГЕОЛОГИЯ КАВКАЗА    Камни самоцветы