Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА

Геохимические классы вод

 

геохимия

 

Смотрите также:

 

История атомов и география - Перельман

 

Геохимия - химия земли

 

Геология

геология

Основы геологии

 

Геолог Ферсман

 

Гидрогеохимия. Химия воды

 

Минералогия

минералы

 

Почва и почвообразование

 

Почвоведение. Типы почв

почвы

 

Химия почвы

 

Круговорот атомов в природе

 

Книги Докучаева

докучаев

 

Происхождение жизни

 

Вернадский. Биосфера

биосфера

 

Биология

 

Эволюция биосферы

 

растения

 

Геоботаника

 

 Биографии геологов, почвоведов

Биографии почвоведов

 

Эволюция

 

Комплексообразование

 

Сильно изменяет условия осаждения многих металлов образование гидроксокомплексов, полимерных ионов и комплексных анионов. Так, например, шестивалентный U в кислородных водах обычно находится в форме катиона уранила U022+, рН выпадения гидроксида которого 4,2. Таким образом, в нейтральных и слабощелочных средах U должен был бы осаждаться в форме гидроксида U02(0H)2, карбонатов и других солей.

 

Однако этот металл легко мигрирует в таких водах, т.к. образует растворимые комплексные анионы типа [1ГО2(СОз)з]4-. Си, Ag, Be, Sc, Y и редкие земли иттровой группы образуют аналогичные комплексные анионы и мигрируют в ландшафтах с содовыми водами (например, в степях с солонцами). Напротив, Fe, Со, Ni, Cd, редкие земли группы Се, не дающие растворимых комплексных соединений с карбонатами и бикарбонатами щелочей, малоподвижны в этих водах. Огромную роль в миграции металлов играют и комплексные органические соединения, которые характерны для тайги, тундры и других ландшафтов влажного климата. Здесь значительная, а часто и подавляющая часть Fe, Ni, Си, Zn мигрирует в комплексной форме. В общем, образование растворимых комплексных соединений увеличивает миграционную способность элементов. Таким образом, для правильной оценки рН как фактора миграции необходимо учитывать ряд условий. В противном случае возможно резкое расхождение теоретических выводов с действительностью.

 

Организмы чувствительны к рН; для них наиболее благоприятна реакция, близкая к нейтральной. Сильнокислые и сильнощелочные воды вредны для большинства культурных растений, домашних животных и человека.

 

Органические соединения живых организмов и гумус обладают буферной способностью усреднять сильнокислую и сильнощелочную среду. В сильнощелочных условиях слабые органические кислоты нейтрализуют щелочи и переводят реакцию из сильнощелочной в слабощелочную, а в сильнокислой среде слабые органические оенования нейтрализуют сильные кислоты и реакция становится слабокислой. Таким образом, в ландшафте имеется механизм, с помощью которого создается реакция вод, наиболее благоприятная для жизни. Однако этот механизм действует только в определенных условиях. Ландшафты, содержащие мало живого вещества, буферной способностью не обладают. Для них характерны резкие отклонения от нейтральной реакции. Примером служат Серные Бугры в Каракумах, где А.Е. Ферсманом в 1925 г. обнаружена свободная серная кислота, образующаяся при окислении S. Отсутствие нейтрализаторов в виде карбонатов или органических соединений обусловило сильнокислую реакцию, не свойственную пустыням.

 

По щелочно-кислотным условиям выделяется 4 класса вод ландшафта.

 

Сильнокислые воды имеют рН < 3—4, они распространены широко, но, как правило, на небольших площадях. Кислотность таких вод обычно обязана окислению пирита и других дисульфидов, приводящему к образования H2SO4. В сернокислых водах легко мигрирует большинство металлов, в том числе Fe, Си, Al, Zn и др. В вулканических районах известны и солянокислые воды. Большее распространение сильнокислые воды получили в техногенных ландшафтах.

 

Слабокислые — это воды, рН которых колеблется от 3—4 до 6,5; чаще всего их кислотность обусловлена разложением органических веществ, приводящим к поступлению в воду СО2, фульвокислот и других органических кислот. Если в горных породах мало подвижных сильных катионов, то кислотность нейтрализуется неполностью, и в почвах и коре выветривания господствует слабокислая среда. В таких водах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Подобные воды распространены исключительно широко в гумидных ландшафтах.

 

Нейтральные и слабощелочные воды имеют рН от 6,5 до 8,5. Их реакция часто определяется отношением бикарбоната Са к его карбонату или же бикарбоната к С02- Эти воды менее благоприятны для миграции большинства металлов, которые осаждаются в форме нерастворимых гидроксидов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы, напротив, мигрируют сравнительно легко (Si, Ge, Ag, V, U, Mo, Se и др.). Такие воды особенно характерны для аридных ландшафтов, вод известняков и изверженных пород, морей и океанов. При разложении органических веществ в них тоже образуются СО2 и органические кислоты, которые, однако, полностью нейтрализуются СаСОз и другими минералами Са, а также Mg, Na, К, которыми богаты почвы и породы.

 

Сильнощелочные воды с рН > 8,5 обычно обязаны своей реакцией присутствию соды (NaHCC>3, реже Na2CC>3, вернее ионов Na+, НСО3, С032", ОН-). В щелочных содовых водах легко мигрируют кремнезем, гуматы, А1 (АЮ2"), Мо (М0О42-). Большая группа элементов, соединения которых трудно растворимы в нейтральной и слабощелочной среде, в содовых водах обладает высокой миграционной способностью, так как в этих условиях возникают карбонатные растворимые комплексы (Си, Zn, Be,Y и редкие земли иттровой группы, Sc, Zr и ДР-)

 

Основные геохимические классы вод

 

В каждом из трех классов вод, выделенных по окислительно-восстановительным условиям, щелочно-кислотные условия могут быть различными. Так, выделяется 12 основных классов вод (таблица 4.7).

 

Для каждого класса характерны подвижные и "запрещенные" элементы. Например, в сильнощелочных кислородных водах легко мигрируют Na, Li, F, Мо, U, Y, Be, В, но эти воды "запрещены" для Са, Mg, Ва, Sr, Fe.

 

Поля устойчивости минералов и ионов. Eh и рН являются важнейшими геохимическими параметрами природных вод ландшафта и биосферы. На 4.5 показаны значения этих параметров для отдельных природных систем по данным нескольких тысяч определений, суммированных американскими геохимиками. Методы термодинамики позволяют рассчитать соотношение между компонентами после достижения термодинамического равновесия. Их результаты выражают в форме "Eh-рН-диаграмм", на которых по оси абцисс откладывают рН, а по оси ординат Eh. В таких координатах четко ограничиваются поля существования различных минералов и ионов. поля устойчивости соединений V.

 

При отрицательном Eh в водах и породах устойчивы соединения V3 + (V2O3 и др.). Они, например, встречаются в болотах и солончаках. Металлический V (VO) и двухвалентный V2+ [V(OH)2] существовать не могут, так как столь низкие Eh в ландшафтах отсутствуют. В лесных ландшафтах с кислой средой в окислительной обстановке почв и коры выветривания устойчивы соединения V4+ и V3+. Могут возникать и соединения V5+, но они более характерны для почв степей и пустынь с их высокими рН и Eh. Поэтому ванадаты встречаются преимущественно в аридных ландшафтах. На 4.7 показаны поля устойчивости ионов и гидроксидов металлов VIII и 16 группы Периодической системы. Становится понятной причина существования самородной Си в некоторых кислых болотах Урала (Eh до 0,2 В) и отсутствие самородных Ni и Со (столь низкие Eh в ландшафтах   отсутствуют).          

 

Полевые шпаты термодинамически неустойчивы на земной поверхности, но скорость их выветривания в сухом климате очень мала, и аркозовые пески существуют неопределенно долгое время. Таким образом, минерал может быть термодинамически неустойчив, но устойчив фактически и присутствовать в ландшафте. Следовательно, данные "Eh — рН-диаграмм" надо корректировать наблюдениями в природе, учитывая скорости реакций и возможность ложного "заторможенного" равновесия. Иначе говоря, наряду с термодинамикой надо учитывать и кинетику процессов, которая часто имеет ведущее значение.

 

Зоны выщелачивания. Процесс удаления из почв и горных пород подвижных элементов называется выщелачиванием. При этом почвы и породы обогащаются менее подвижными элементами и минералами (кварцем, каолинитом и др.). Выщелачивание играет

важную роль в формировании химического состава вод. Ранее выщелачивание изучалось представителями разных наук в зависимости от объектов исследования — почвоведами, литологами, гидрогеологами, минералогами и т.д. Однако, независимо от объекта во всех случаях имеет место взаимодействие вод с литосферой, что позволяет рассматривать выщелачивание с общих геохимических позиций (C.J1. Шварцев). Практическое значение подобных исследований очень велико, в частности, при охране окружающей среды, подземном выщелачивании руд, строительстве.

 

В соответствии с классами вод выделяется 12 классов выщелачивания. Хорошо изучено сернокислое выщелачивание на выходах сульфидных руд, кислое выщелачивание в тропических корах выветривания и почвах. С ним связано удаление из почв и пород преимущественно Са, Mg, Fe, Ni, Си, Со, Zn, Sr и др. Для щелочного выщелачивания характерен вынос Si, Ge, Mo и др. анионогенных элементов. Важное значение имеют также кислое-глеевое, содовое и прочее выщелачивание

 

По И.С. Гольдбергу и др., в процессах выщелачивания играют роль и электрохимическое перераспределение металлов: вынос их из вмещающих пород и осаждение на геохимических барьерах. В лабораторных экспериментах электрохимическое выщелачивание было установлено на порошках песчаников, кварцитов и др. При этом в анолите накапливались анионогенные элементы и часть катионо- генных (Si, Al, Mg, Fe, Pb, Си), а в католит поступали Са, Al, Mg, Fe и другие катионогенные элементы. Для микроэлементов степень извлечения достигала десятков процентов.

 

 

 

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов

 

 

Последние добавления:

 

Жизнь в почве

 

Шаубергер Виктор – Энергия воды

 

Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников

 

 Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ

 

Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ

 

Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы