1. Чистая вода является весьма сложным природным телом и характеризуется наличием трех видов динамических равновесий (их можно назвать «внутренними равновесиями воды»): ассоциаты мономеры; молекулы ионы; легкие изотопы тяжелые изотопы. Все три вида равновесий зависят преимущественно от температурных условий и давления, благодаря чему в различных термодинамических обстановках планеты вода претерпевает сложные структурные перестройки. Но фактически при любых состояниях вода остается одним из самых активных веществ, осуществляющих геохимическое перераспределение элементов.
2. Структурированность воды и наличие в ней ионного равновесия, зависящие от термодинамических параметров среды, позволили исследователям предложить схему гидрофизической зональности земных недр. В основе схемы лежит несколько характерных термодинамических рубежей, разделяющих недра на зоны с неодинаковым структурным состоянием воды, а следовательно, и с различными ее свойствами. Первым рубежом служат точка замерзания воды, ниже которой вода находится в твердой фазе и все молекулы образуют строго упорядоченную решетку льда со 100%-ным содержанием водородных связей. Второй рубеж – это критическая температура воды, выше которой все водородные связи разрываются и при сравнительно низких давлениях молекулы становятся свободными, а вода переходит в пар. Однако если давления высокие, то даже в надкритических условиях возникают отдельные нестойкие димерные ассоциаты молекул, вследствие чего структура воды представлена димерами и мономерами. Третий рубеж отвечает примерно температуре около 700°С, при которой независимо от величины давления исчезают димерные ассоциаты и вода находится исключительно в виде мономерных молекул. Четвертый рубеж соответствует температурам 1000°С и выше, когда преобладает процесс диссоциации воды на ионы.
3. Опираясь на установленные рубежи, В. И. Кононов и В. А. Ильин выделяют пять гидрофизических зон (рис. 8), границы которых существенно меняются в различных геотектонических областях вследствие больших температурных колебаний.
I. Зона твердых вод со строго упорядоченной структурой льда. Она охватывает криолитозону, в пределах которой могут сосуществовать все три фазовых состояния воды, но преобладает твердая фаза. В силу низкого потенциала льда скорости химических реакций (за исключением некоторых биохимических) в нем резко замедляются, поэтому зона рассматривается как своеобразный экран на пути геохимического перераспределения элементов в земной коре.
II. Зона жидких структурированных вод. Температура в ней колеблется от точки замерзания до критической, а давления — от 1 до 25 тыс. атм (~1,5-109 Па). Начиная с глубины порядка 1,5 км осуществляется переход всех физически связанных вод в подвижное состояние (связанными остаются лишь цеолитные и кристаллохимические воды). Высокая диэлектрическая про-ницаемость характеризует воду как хороший полярный растворитель. Степень ионизации (Кв = 10 -13—10 -9) обеспечивает гидролиз различных соединений. Пониженная вязкость свидетельствует о высокой подвижности и миграционной способности воды.
III. Зона уплотненного флюида с разупорядоченной структурой воды. Ограничена изотермами 450 и 700° С, характеризуется давлением 3-50 тыс. атм (~5-109Па). Величина диэлектрической проницаемости, равная 12,5—20, и Кв составляющая 10 -9—10 -7, позволяют говорить о сравнительно высокой растворяющей способности воды, возможности гидролиза, а весьма низкая вязкость свидетельствует о еще большей миграционной активности воды в этой зоне по сравнению с предыдущей.
IV. Зона мономерных молекул воды. Ограничена изотермами 700 и 1100° С, давление составляет 50-100 тыс. атм (~10-109Па). Мономерные молекулы группируются вокруг отдельных ионов, придавая им значительную летучесть. Вода в этом состоянии выступает уже не как растворитель, а как участник реакций, в результате которых атомы химических элементов приобретают летучесть, не входя в химическое соединение с водой. Последняя, таким образом, оказывается фактором геохимического перераспределения элементов и переноса их в форме различных летучих соединений.
V. Зона диссоциированной воды. Распространена глубже изотермы 1100° С. В ней, по-видимому, вследствие течения реакций Н20 Н+ +ОН- (Va) и ОН- О2- + Н+ (V6) существуют только ионы, о свойствах которых (в условиях огромных температур и давлений) судить трудно.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.