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 S0₄^2-, і тільки у вологих тропіках можливо адсорбування цього іона позитивно зарядженими гідроокислами заліза і алюмінію. Вміст S0₄^2- у природних водах лімітується присутністю в них іонів Са²⁺, які утворюють з іонами S0₄^2- порівняно мало розчинний СаS0₄. При невисокому вмісті Са²⁺, у мінералізованих водах спостерігаються концентрації S0₄^2-, 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 S0₄^2- 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 S0₄^2-. З цим і пов’язане біогенне накопичення елементу у гумусовому горизонті ґрунтів. Таким чином, деякі процеси затримують накопичення іонів S0₄^2- 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 S0₄^2- 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 S0₄^2-. Низькі концентрації іонів S0₄^2- 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 (Nа₂SО₄ x 10Н₂О). Для якоїсь кількості сульфатів джерелом є промислові і побутові відходи.

Характерними ознаками водної міграції іону S0₄^2- 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 S0₄^2- зі зростанням мінералізації води до утворення іонних пар, що також зменшує концентрацію іонів S0₄^2- у розчині; 4) можливість позитивної гідратації іонів S0₄^2-, 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⁺+СО₃^2-.

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, СО₃^2- і Н₂СО₃ не залежить від рН, а саме співвідношення форм карбонатної рівноваги визначає у природних водах величину рН.