Показатель водородных ионов находится в обратно пропорциональной зависимости от окислительно-восстановительного потенциала растворов электролитов, установленной уравнением Нернста. С учетом рН и Еh-потенциалов расшифровываются особенности миграции многих элементов. Возможность существования различных форм соединений химических элементов в равновесных условиях отражены на диаграммах Еh-рН (О.А. Алекин, Б. Мейсон, Гаррелс и Крайст). Диаграмма Fe. В природе такие соотношения далеко не всегда имеют место, что обусловлено нарушениями термодинамического равновесия, концентраций, температуры и давления.
Изменение рН подземных вод по разрезу геологических структур направлено обычно в сторону некоторого увеличения с глубиной; Еh подземных вод в условиях зоны активного водообмена изменяется в интервале от –400 до +800 mB, уменьшаясь с глубиной. Уменьшение окислительно-восстановительного потенциала с глубиной – это закономерное явление в общей гидрогеохимической зональности: с определенной глубины кислородсодержащие подземные воды всегда сменяются бескислородными и это определяет уменьшение Еh подземных вод обычно до низких положительных значений, благоприятных для накопления в них ионов Fe2+, Mn2+, NH4+и др. восстановленных форм химических элементов. Современные пределы изменений рН и Eh загрязненных подземных вод соответствуют рН 1–13,6 и Eh = -0,56 ÷ +0,78 В.
Роль температурного фактора и связанного с ним давления чрезвычайно велика в гидрогеохимических процессах. Они непосредственно влияют на поведение химических элементов в водных растворах. Оба параметра входят в уравнения химической термодинамики и их изменение определяет сдвиг равновесий в геохимических системах в ту или другую сторону. Считается, что ? в земной коре температуры колеблются от 1500-1800°С в глубоких ее частях до –85 °С на поверхности литосферы. Нижний ? предел давления принимается равным атмосферному давлению на границе тропо- и литосферы (1 атм = 101, 325 кПа), верхний с учетом того, что геохимические процессы доступны наблюдению до глубины 30 км, считается около 3000 атм (903,975х103 кПа).
3 Миграционные формы химических элементов в подземных водах
Вопрос о миграционных формах химических элементов в водной среде (в каком виде находятся химические элементы в водных растворах) принадлежит к числу весьма сложных. Он находится еще в стадии разработки. Определенные в химическом анализе концентрации химических элементов представляют собой сумму концентраций многих его форм существования в подземных водах. ? Как выражают концентрации индивидуальных веществ в природных водах, в отличие от идеальных растворов (где нет других ионов, кроме тех, которые изучаются).
Использование этих суммарных концентраций в расчетах (в уравнении закона действующих масс, с помощью которого изучают равновесия) может привести к грубым погрешностям.
Значит, один и тот же химический элемент может образовывать в подземных водах разные соединения (напр., N – NO2-, NO3-, NH4+). Разные соединения одного и того же химического элемента имеют различные характеристики (каждое химическое соединение имеет свою энергию образования из простых веществ ΔG0 (см. в таблицах термодинамических величин), свои коэффициенты диффузии и др.). Миграцию веществ в подземных водах нельзя правильно интерпретировать и особенно прогнозировать, не учитывая миграционных форм. ?Практическое значение прогноза миграции Например, для элементов-гидролизатов (по В.М. Гольдшмидту), Al, Fe(III), Be, Ti, Th и др. миграция в природных водах в виде простых катионов (Al3+, Th4+) крайне органичена (только в сильнокислой среде). Они образуют в водных растворах гидроксиды с очень низкими значениями произведения растворимости (ПР<10-20) и осаждаются из подземных вод. А если в воде есть фториды и органические вещества, то эти элементы образуют с ними комплексные соединения, которые труднее подвергаются гидролизу и находятся в растворенном состоянии, а значит способны перемещаться в подземных водах.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.