Глеевые воды. Оглеение и глеевые почвенные и грунтовые воды

ГЕОХИМИЯ ВОДЫ

 

Глеевые воды. Оглеение и глеевые почвенные и грунтовые воды

 

 

ГРУППЫ вод

 

Температура — важнейший фактор, определяющий формы существования материи, условия миграции атомов, формы нахождения элементов в водах, скорость химических реакций. Этот параметр мы предлагаем положить $ основу выделения самых крупных таксонов классификации — групп вод. Четко выделяется группа холодных к слаботермальных вод, в которых возможна энергичная бактериальная деятельность. Условно мы принимаем ее верхнюю границу в 50°С, так как в более горячих воДах деятельность бактерий ослаблена. В геохимическом отношении наиболее детальпо изучены именно эти воды, относящиеся к биосфере.

 

 Важным рубежом является и та критическая температура, выше которой (несмотря на высокое давление) Йода уже не может быть в жидком состоянии. Для чистой воды эта точка равна 374,1°С, но для сильноминерализованных вод она повышается до 425—450°С. При более высоких температурах существуют надкритические, т. е. газовые, растворы, в которых мигрируют многие элементы. При высоких давлениях сжатый водяной пар Ьедет себя во многом аналогично воде, молекулы Н20 в Вем ассоциированы. Такие газожидкие растворы именуют флюидами.* Они играют важную роль в формировании Многих горных пород и руд.

 

Чл.-кор. Л. Н. Овчинников и В. А. Масалович выделили семь особых температурных точек воды, отвечающих ее структурным превращениям: 4, 40, 85, 165, 225, 340 В выше 400°С. Учитывая эти и другие построения, мож- jso в первом приближении выделить четыре группы вод: 1) холодные и слаботермальные воды верхней части земной корьт. Это воды зоны гипергенеза и биосферы с температурой не более 50°С;

2)        горячие и умеренно перегретые (50—200"С);

3)        снльноперегретые (200—375°С); - 4) флюидные (выше 375°С).

 

Состояние наших знаний позволяет разработать геохимическую классификацию только для первой группы вод. Все предыдущие классификации также преимущественно относились к этим водам.

 

ТИПЫ вод

 

В пределах первой группы наибольшие геохимические различия вод, по. представлениям автора, зависят от их окислительно-восстановительных условий. Большое их значение объясняется огромным энергетическим эффектом окислительио-восстаиовительных реакций, коренным образом меняющим геохимическую обстановку в водах. Напомним о таких реакциях, как десульфурпзация, обогащающая воды сероводородом, или фотосинтез', поставляющий в воду свободный кислород. Выше обосновано выделение двух типов вод — кислородных и сероводородных. Теперь остановимся на третьем типе — глеевом.

 

Глеевые воды

 

Термин «глеи» пришел в науки о Земле из украинского языка. Так издавна называли сизый грунт со дна болот и озер. Этому народному термину академик Г. Н. Высоцкий (1865—1940) в 1905 г. придал значение научного понятия. Он выделил в почвах особые глеевые горизонты сизого и зеленоватого цвета, для которых характерны соединения двухвалентного железа, восстановительная среда. С тех пор в почвоведении, а позднее и в грунтоведении укрепилось понятие об оглеении почв и грунтов — восстановительных процессах, для которых характерно двухвалентное железо.

 

Оглеение возникает там, где разложение растительных остатков идет без доступа свободного кислорода, т. е. в анаэробной среде. При этом микроорганизмы отнимают кислород у минеральных соединений и с его помощью окисляют органические остатки, частично до С02 и Н20, а частично до промежуточных продуктов — различных кислот и других органических соединений. Синтезируются и специфические органические вещества почв — фульвокислоты и. гу- миновые кислоты. Продуктами реакций служат также метан, водород и другие газообразные восстановители.

 

Следовательно, при  оглеении, как и при десульфуризации, минеральные вещества восстанавливаются, а органические — окисляются. Так как железо характеризуется высоким кларком (4,65%), при оглееоип наиболее наглядны эффекты восстановления минералов трехвалентного железа. В результате краспая, желтая, бурая окраска почв и грунтов сменяются на сизую, зеленоватую, серую, белую (в случае полного выщелачивания железа). При оглеенпп происходит также восстановлепие четырехвалентного марганца до более подвижного двухвалентного. В результате мигрирует и марганец. Богатство гле- евых ночв органическими кислотами определяет возможность миграции в форме органических комплексов свинца, цинка, никеля и других металлов. Элементы, восстановленные формы которых малоподвижны, напротив, не мигрируют или мигрируют слабо. Это относится к ванадию, отчасти к молибдену, урану, золоту, меди, серебру.

 

Оглеение возможно там, где в водах мало сульфат- лона, так как при высоком его содержании в анаэробных условиях развивается десульфуризация, генерируется сероводород — осадитель металлов. Поэтому глеевые почвы развиты в болотах тундры, тайги, влажных тропиков, где -распространены пресные и ультрапресные воды, бедные [Сульфатами, а сероводород — в солончаках и болотах степей и пустынь, илах соляных озер, где много сульфатов fB водах.

 

 В начале 50-х годов автор установил, что оглеение Характерно не только для почв и болот, но и для глубоких горизонтов пластовых вод, где развиваются те же Геохимические явления.

 

 Наиболее резко эффекты оглеения выражены в порогах красноцветной формации. В результате оглеения в ших появляются зеленые, серые, белесые пятна, придающие породам пестрый облик. Исследования автора в Средней Азии, Казахстане, на Русской платформе и р Других регионах показали, что красноцветы самого разни много возраста после их образования были значительно ререработаны подземными водами и частично оглеены. Многие красноцветы в результате оглеения превратились р. пестроцветы. Глеевые подземные воды сильно переработали и другие осадочные формации, например угленос- рую. Все это дало основание бескислородные или мало- рслородные воды, обусловившие оглеение горных пород Р почв, именовать глеевыми.

 

Ведущими газами глеевой среды являются углекислый газ, водород п метан. Последние два наряду с растворенным органическим веществом являются важнейшими агентами восстановления.

 

Глеевые почвенные и грунтовые воды широко распространены на равнинах тундры и тайги. Менее характерны они для аридных районов. В глубоких пластовых п трещинных водах глеевая среда встречается также очень часто.

 

В геохимии принято по окислительно-восстановительным условиям в водах выделять окислительные, слабовосстановительные, резковосстановительпые и прочие обстановки, принимая за основу величину особого показателя — окислительно-восстановительного потенциала, измеряемого в вольтах и обозначаемого символом Eh (Щербина, 1972; Стащук, 1968). Одпако, как мы уже показали, геохимические различия в пределах восстановительной обстановки не столько связаны с величиной Eh, сколько с природой восстановителя,— наличием плп отсутствием сероводорода и его производных (HS~, S2~). При одном и том же Eh геохимические условия могут быть резко различными: благоприятными для миграции большинства металлов, т. е. глеевыми, и неблагоприятными — сероводородными. Так в геохимию было введено понятие о двух типах восстановительной среды — глеевом и сероводородном. Глеевые воды распространены шире в земной коре, чем сероводородные.

 

Итак, характерными признаками глеевых вод служат метан и прочие углеводороды, местами другие растворенные органические соединения, двухвалентное железо, водород. В этих водах легко мигрируют металлы, часто в форме органических комплексов. Окраска горных пород белая, сизая, серая, зеленая.

 

О типах горячих п умеренно перегретых вод (до 200°С) Эта группа также может быть расчленена на типы по окислительно-восстановительным условиям. Четко выделяются воды с наиболее окислительной обстановкой, для которых характерны окисленные соединения урана, молибдена, серы. Сюда относятся не только кислородные, но и некоторые бескислородные гпдротермы.

 

Ко второму типу термальных вод принадлежат сероводородные (сульфидные) гпдротермы. Наконец, имеются и гидротермальные аналоги глеевых вод, т. е. резковосстановительные гидротермы, не содержащие сероводорода. Резко- восстановительная среда в них может быть обусловлена свободным водородом, органическими соединениями. К этому типу, например, относятся углеводородные металлоносные рассолы глубоко погребенпых нефтегазоносных структур Предкарпатского прогиба (на глубине 5— 6 км).

 

В областях современного и молодого вулканизма известны азотно-углекислые бессероводородные гидротермы, тяготеющие к зонам глубинных разломов. На сравнительно небольшой глубине их температура достигает 200°С. Таковы гейзеры Камчатки, термы курорта Джермук в Армении.

 

Термальные бессероводородные хлоридно-натриевые рассолы вскрыты бурением в неогеновых красноцветах полуострова Челекеи. Среди газов в нпх установлены метан, водород, азот, в меньших количествах — углекислый газ.

 

 



 

К содержанию книги: Геохимия природных вод

 

Последние добавления:

 

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