Гідрогеохімія (геохімія підземних вод): Навчальний посібник, страница 7

Сульфатні іони також мають гарну рухливість у водному середовищі, трохи поступаючись у цьому хлоридним. Колоїди ґрунтів майже не затримують S042-, і тільки у вологих тропіках можливо адсорбування цього іона позитивно зарядженими гідроокислами заліза і алюмінію. Вміст S042- у природних водах лімітується присутністю в них іонів Са2+, які утворюють з іонами S042- порівняно мало розчинний СаS04. При невисокому вмісті Са2+, у мінералізованих водах спостерігаються концентрації S042-, що виражаються десятками грамів на кілограм води. При відсутності кисню (в анаеробному середовищі) сульфатні іони стають нестійкими і відновлюються до сірководню. Основна роль у цьому процесі належить сульфатредукуючим бактеріям, що розвиваються при наявності органічної речовини. Схематично відновлення сульфатів відбувається за схемою:

С6Н12О6 + 3Na2SO4 → 3СО2 + 3Nа2СО3 + 3Н2S + 3Н2О + Q, де Q - кількість тепла, ккал.

В результаті десульфатизації, підземні води збагачуються Н2S и СО2. В них знижується вміст S042- і з’являється сода. При цьому другий тип перетворюється в перший. Якщо десульфатизації піддаються сульфатні кальцієві води, то сода, вочевидь, не утвориться.

Через те, що сірка входить як до складу білків так і багатьох інших органічних сполук, вона захоплюється живою речовиною. Рослини засвоюють її у формі S042-. З цим і пов’язане біогенне накопичення елементу у гумусовому горизонті ґрунтів. Таким чином, деякі процеси затримують накопичення іонів S042- у природних водах

Сульфатний іон є одним з найважливіших у природних водах. Поверхневі й підземні води неглибоких горизонтів майже завжди містять сульфати. На більших глибинах, у закритих геологічних структурах, нерідко залягають бессульфатні води. В основному бессульфатні (або майже бессульфатні) води, що характеризуються високою мінералізацією, розповсюджені переважно у районах нафтових родовищ. У слабкомінералізованих водах сульфатні іони звичайно поступаються своєю першістю гідрокарбонатним. Помірномінералізовані води артезіанських басейнів найчастіше мають змішаний аніонний склад.

Основним джерелом сульфатів у підземній гідросфері є різні осадові породи, до складу яких входять гіпс та ангідрит. Важливу роль у збагаченні вод іонами S042- відіграють процеси окислення сульфідів, що широко розповсюджені у земній корі. Слід зазначити, що у ході процесів окислення різко знижується рН середовища (з 6,9 до 2,9).

Значна кількість сульфідів і особливо Н2S виділяється при вулканічних виверженнях та окислюється до S042-. Низькі концентрації іонів S042- можуть обумовлюватися надходженням сульфатів з дощовими водами. У пустельних умовах поверхневі та ґрунтові води збагачуються сульфатами в процесі вилуження солончаків, що містять окрім галіту, гіпс і мірабіліту (Nа24 x 10Н2О). Для якоїсь кількості сульфатів джерелом є промислові і побутові відходи.

Характерними ознаками водної міграції іону S042- є: 1) існування чітко вираженого лужного бар'єру, на якому різко зменшується розчинність СаSО4; 2) наявність біохімічного бар'єру, що утворюється за рахунок відновлення сульфатів до Н2S сульфатредукуючими мікроорганізмами в умовах анаеробного середовища у присутності органічних сполук (наприклад вуглеводнів); 3) схильність іону S042- зі зростанням мінералізації води до утворення іонних пар, що також зменшує концентрацію іонів S042- у розчині; 4) можливість позитивної гідратації іонів S042-, що не лише підвищує позитивний  тиск розчину, а і збільшує міграційну здатність останніх у приповерхневих зонах.

Гідрокарбонатний і карбонатний іони є найважливішими складовими природних вод. Обидва іони, що є похідними від вугільної кислоти, перебувають у розчині в певних кількісних відносинах між собою і з вугільною кислотою:

Н2СО3 ↔ Н++НСО3- ↔ 2Н++СО32-.

Зміна вмісту одного з членів цієї рівноваги спричиняє зміну кількості іншого. Ці іони утворюють карбонатну систему хімічної рівноваги, що має велике значення у природних водах. Вміст – НСО3, СО32- і Н2СО3 не залежить від рН, а саме співвідношення форм карбонатної рівноваги визначає у природних водах величину рН.