Слайд 1С.М.Судариков
Гидрогеохимия
Основные компоненты природных растворов
Химически «чистая» вода
Слайд 2ювенильная вода
Термин «ювенильные» воды впервые был предложен в 1902 году
Э. Зюссом для вод, образовавшихся в глубоких недрах земли в
результате дегазации магматических расплавов.
Это воды новые, ранее не принадлежавшие гидросфере и не участвовавшие ни в каких видах водных круговоротов Земли.
Слайд 3В.В. Хаустовым (2011) предлагается ввести понятие ювенильного водного флюида (ЮВФ).
ЮВФ - первичная вода, зарождение которой происходит в верхнемантийных и
более глубоких очагах плавления (плюмы, «горячие точки»), которая мигрирует в сторону поверхности Земли вместе с сопутствующими летучими (газами и др.)
Слайд 4ювенильный водный флюид (ЮВФ)
ЮВФ - первичная вода, зарождение которой происходит
в верхнемантийных и более глубоких очагах плавления (плюмы, «горячие точки»),
которая мигрирует в сторону поверхности Земли вместе с сопутствующими летучими (газами и др.)
Слайд 5Что касается минерализации и солевого состава ювенильных вод, то наиболее
убедительной представляется гипотеза М.А. Мартыновой и др., что это вода
с очень низкой минерализацией поскольку в момент своего зарождения ювенильные воды не могут содержать в себе растворенных веществ.
Слайд 6Количественная оценка подтока ювенильных растворов
О возможной производительности глубинного потока
судят опосредовано по:
а) интенсивности накопления водной массы Мирового океана
б) количеству воды, содержащейся в базальтовом расплаве
в) масштабам процессов разложения молекул воды
Слайд 7Накопление воды в гидросфере Земли:
1 – суммарная масса дегазированной
из мантии воды; 2 –вода в океане; 3 –вода в
океанической коре; 4 –вода в континентальной коре
Слайд 8Следует отметить, что существующие количественные оценки подтока ювенильных вод различных
авторов различаются на порядки
Тем не менее, даже принимая во внимание
расхождение в оценках ювенильного подтока у различных исследователей, следует признать количество ювенильных вод, пополняющих современную гидросферу, значительным
Слайд 9Природная вода это водный раствор, т. е. дисперсная система. В
растворе чистая вода является растворителем (диспергатором), растворенные вещества —дисперсной фазой.
«Чистую» воду можно рассматривать как полимеризованную жидкость с формулой (Н2О)n. Степень полимеризации n зависит от Т и Р.
Кластеры (агрегированные полимолекулы, встречаются наряду с отдельными молекулами воды), при 0°С имеют структурную формулу H180O90, а при 70°С – Н50O25
Слайд 10Как показывают характеристики электропроводности, «чистая» вода также диссоциирует по схеме
2Н2O ⇆ Н3О++ОН-.
Часто упрощенно вместо Н3О+ записывают Н+; тогда
ионное произведение воды Kв будет иметь вид:
Kв = cн+ cОH-= [Н+] [OН-].
Величина Kв зависит от температуры и при 25°С составляет 1,0-10-14 моль2/л2.
Слайд 11Водородный ион (H+)
Концентрации ионов водорода и гидроксил-иона в нейтральной среде
составляют 10-7 г-моль/л; поскольку ионная масса водорода равна 1, эта величина
равна 10-7 г/л, или 10-4 мг/л.
Концентрации ионов водорода из-за их малых значений принято выражать в логарифмической форме . Для большинства природных вод pH изменяется в пределах от 6 до 8. Воды с низкими значениями pH (иногда до 2–3) встречаются в зонах окисления сульфидных руд, обычно обогащенных серной кислотой.
Слайд 12Природные воды - растворы соляной или серной кислот, встречаются в
кратерах вулканов. Содержание водорода в таких водах может достигать 10
- 100 мг/л, а pH 1,5–2 и ниже.
Слайд 13Гидроксил-ион (OH–)
В большинстве природных вод концентрации гидроксил-иона, определяемые значениями рН=6-8,
очень малы.
Воды с повышенной щелочностью характерны для содовых озер,
для зон выщелачивания щелочных пород.
В таких водах pH может повышаться до 10 –11.
Слайд 14В исключительных случаях могут формироваться воды с pH до 12,3–12,5.
Концентрация гидроксил-иона в таких водах достигает ~ 400 мг/л.
Такие воды
встречены в Иордании в источниках бассейна р. Ярмук и формируются, видимо, при растворении редкого минерала портландита , при термическом разложении карбонатных пород.
Слайд 15Изотопный состав природной воды
Благодаря работам Вл.Ив. Ферронского, Иг. Нест. Толстихина
по изотопии воды нам известно, что в природе вода, в
основном, представляет собой смесь девяти различных молекул (Н216О, Н217О, Н218О, HD16О, HD17О, HD18О, D216О, D217О, D218О), отличающихся изотопами водорода (1H— протий, 2H(D)—дейтерий и 3Н(Т)—тритий) и кислорода (16О, 17О и 18О).
Слайд 16Водород. 1H – протий – 99,98 % 2Н (D) –
дейтерий – 0,02 %
3Н (Т) – тритий – 3
. 10-16 %
На Земле 3-10 кг естественного трития. Период полураспада 12,26 лет
Кислород.
16О; 17О; 18О – стабильные изотопы кислорода;
14О; 15О; 19О – короткоживущие;
16О – 99,76 %
17О – 0,04 %
18О – 0,20 %
Слайд 17
SMOW – Standard of Marine Ocean Water
D
– 0,0158 о/оо;
18О – 0, 1985 о/оо
Слайд 18SMOW – Standard of Marine Ocean Water D –
0,0158 о/оо; 18О – 0, 1985 о/оо
99,8 % молекул воды
имеют массу 18(1H16О1H). Вода с формулами D216О, D217О, D218О называется тяжелой (ее получают при длительном электролизе обычной воды)
Слайд 19Наиболее устойчивой является тяжелая вода D2O. Содержится в виде примеси
в обычной воде в сотых долях процента. По свойствам D2O
существенно отличается от обычной:
D2O: tплавл – 3,81о; tкип – 101,4о; плотность макс 1,056 г/см3 при 11,2оС
вязкость на 20 % выше; диэлектрическая постоянная на 0,3-0,5 % ниже обычной воды
Слайд 20Вода, содержащая сверхтяжелый изотоп водорода, — тритий (образуется в процессах
ядерного распада)—называется сверхтяжелой (Т2О)
С участием трития, образующегося также в атмосфере
под действием космического излучения, происходит примерно10-20 частей образования 3Н16О1Н на одну часть Н2О. Эта водная молекула играет важную роль в качестве мигранта-трассера для определения возраста «молодых» вод зоны активного водообмена.
Т2О: плотность – 1,33 г/см3; tопл – 9о; tокип 104о; Ест. фон 3-5 Т.Е.; Теперь: 2 Т.Е.