Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 1

три составные части теории формирования химического состава природных вод

составные части этого глобального явления:
1) процессы формирования химического состава природных

вод – физико-химические механизмы, посредством которых осуществляется перевод вещества в раствор, вывод из раствора (т. е. воспроизводство и поглощение растворенного вещества), добавление и поглощение молекул растворителя;

или противостоящие протеканию процессов и водной миграции элементов.
3) миграция

элементов (перенос вещества и энергии);

породами имеет весьма сложный многоступенчатый характер. Менялось оно и в

ходе эволюции земной коры. На ранних этапах горные породы были магматическими, подземные воды имели специфический характер, присущий, по-видимому, современным вулканическим областям.
По мере накопления осадочных толщ и формирования метаморфических горных пород, процессы взаимодействия жидкой и твердой фаз становились более многообразными и примерно в начале фанерозоя приобрели современный характер.

определяется гл. образом величиной поверхностной энергии минералов и горных пород,

которая является функцией удельной поверхности. Эта величина тем больше, чем дисперсность частиц породы выше.
Этим объясняется то, что наиболее интенсивно подвержены химическому выветриванию средне- и тонкодисперсные породы, а обломочные и грубодисперсные более устойчивы.

одновременно протекающих процесса: переход ионов из твердого состояния в раствор

и обратно. В зависимости от преобладания того или иного процесса происходит растворение или кристаллизация. Когда скорости обоих процессов выравниваются, наступает равновесие и растворение, и кристаллизация практически прекращаются.

— процесс конгруэнтного (согласованного, гармоничного) растворения, при котором вещество пород

полностью переходит в растворенное состояние.
Растворимость большого числа природных минералов в воде связана с аномальными особенностями воды, полярной природой ее молекул, способностью воды к образованию тетраэдрической координированной структуры, от чего зависит ее высокая диэлектрическая постоянная.

к химическим соединениям системы, состоящие из молекул растворителя и растворённого

вещества, с определенной теплотой образования (теплотой растворения).
Эта теория получила развитие в работах И. А. Каблукова (1891) применительно к водным растворам электролитов, например при растворении минералов с ионной кристаллической решёткой (KCl, CaCl2, NaCl и т.п.).

равновесия Гиббса, согласно которому равновесие наступает, когда химический потенциал вещества

в растворе µАж становится равным химическому потенциалу вещества в твердой фазе µАтв , т.е.
µАтв = µАж = µАо + RTlnXA
где µАо — стандартный химический потенциал вещества в растворе; R — газовая постоянная; Т—температура, К; XA — мольная доля вещества А в растворе.

потенциал больше, будет самопроизвольно переходить в фазу, в которой последний

меньше, т.е. с термодинамической точки зрения процесс растворения возможен тогда, когда µАтв > µАж .
Основными хорошо растворимыми породообразующими минералами являются кальцит, доломит, гипс, ангидрит и галит.

их числу относятся прежде всего кальцит и гипс, растворение которых

дождевыми и текучими водами приводит к развитию карста (образованию карстовых воронок, провалов, пещер и т.п.),

растворяемым веществом, например в забоях соляных камер при скважинном подземном

выщелачивании, происходит на границе раздела твёрдой и жидкой фаз по законам внешних диффузий. Скорость растворения мало изменяется во времени, т.к. определяется практически неизменной величиной поверхности контакта растворяемого вещества с растворителем (водой).
При выщелачивании происходит химическое растворение минералов, рассеянных в массе породы.

частично выщелачиваются дождями и талыми водами из поверхностного слоя содержащих

их горных пород.
На месте этих минералов остаются лишь пустоты характерной формы.

в срастании кристаллах кварца и датолита.

фазы в структуру минерала.
Состоит из ряда последовательных стадий, включающих

разрыв и перестройку связей.
Скорость перехода является функцией степени перенасыщения в растворе и концентрации насыщения в первом слое на границе с кристаллом.

подземных вод имеет огромное геологическое значение, так как с ней

связано образование очень многих месторождений полезных ископаемых, кольматация тектонической трещиноватости и другие процессы.

воды соляных озер и лагун

районах с аридным климатом, различные эфемерные выделения — выцветы, налеты

и т.п., исчезающие в периоды дождей.

в растворах:
Повышается растворимость гипса в растворе каменной соли
Снижается растворимость соды

в растворе каменной соли

СО2 – переход в р-р карбонатных солей, гидролиз силикатов.
с

О2 – все окислительные процессы

инконгруэнтного растворения широко распространенных в природе силикатов и алюмосиликатов.
Природные

воды содержат ионы Н+ и ОН-, образующиеся в результате диссоциации воды.

с поверхностными зонами частиц горных пород.
Первый этап реакций взаимодействия

природных вод с алюмосиликатами (прежде всего с полевыми шпатами и плагиоклазами), заключается в вытеснении ионом Н+ водного раствора катионов металла (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) из кристаллической решетки минералов.

фазах переходят с поверхности кристаллической решетки в раствор.
Образующнеся пустоты

в кристаллической решетке минерала занимают ионы водорода, сохраняя электронейтральность кристаллической структуры.
Размеры ионов Н2 ничтожно малы, в кристаллической решетке образуются «дыры» которые служат путями выноса из глубоких слоев ионов металла. Они диффундируют в эти пустоты и переходят в жидкую фазу.

––––> Al4Si4O10(OH)8 (каолинит)+4Na+ + 4OH - +8H4SiO4
2СaAl2Si2O8 (анортит)+ 6H2O ––––>

Al4Si4O10(OH)8 + 2Ca2+ + 4OH-
или: 2СaAl2Si2O8 + H2O + H+ –––––> Al4Si4 O10OH8 + 2Ca2+
4NaAlSiO4 (нефелин)+ 6H2O –––––> Al4Si4O10OH8 + 4Na+ + 4OH- или:
NaAlSiO4 + 3H2O –––––> Al(OH)3 (гиббсит)+ Na+ + OH- + H2SiO3

малоизмененной; 3 — гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейделлитовая зона; 4 — каолинитовая зона; 5

— охры А12О4; 6 — панцирь Fе2О8 + А12О4; 7— годовое испарение; 8 — средняя годовая температура; 9 — средняя годовая сумма атмосферных осадков; 10 — годовой отпад органического (растительного) вещества

нейтрализацией освобождающегося гидроксил-иона углекислым газом (чаще биогенным), отсюда инконгруэнтность процессов

гидролиза силикатов.

нейтрализация воды первичного кислого океана.
Ими объясняется существование гидрокарбонатных вод

на площадях развития силикатных пород; углерод гидрокарбонат-иона чаще всего биогенный.
Существование воды и жизни на Земле поддерживает и регулирует мощные процессы разрушения силикатных пород.