Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
и содержание в океане крайне мало (3,7 ¦ 10-8%). Цезий никогда не насыщает воды, и мы не знаем растворимых минералов этого металла, аналогичных NaCl или Na2SOt (но в лаборатории можно получить реактивы — CsCl и CsiS04). Не известны и залежи цезиевых солей. Таким
образом, геохимий цезия й натрий менее сходна, Чем пХ химия, и причина состоит в резко различной распространенности элементов, различиях кларков. Хпмпя фтора, хлора, брома и йода (галогенов) более сходпа, чем их геохимия, и причина во многом <?пять-таки связана с различиями кларков. То же можно сказать о сере и селене, кальции и радии, кремнии и германии — элементах, относящихся к одной группе периодической системы. Следовательно, контрастность кларков определяет многие особенности поведения элементов в природе.
Контрастность кларков определяет еще одну важную особенность геохимии природпых вод: как правило, в них одни элементы дефицитны относительно других, их содержание в водах не обеспечивает все возможные реакции. Дефицитны почти все редкие элементы, многие распространенные. Например, свободный кислород дефицитен в земных глубинах, и там не реализуются многие реакции окисления. В подземных водах часто дефицитны H2S, С02. В результате в природных водах протекают далеко не все теоретически возможные реакции. Отсюда следует предложенный автором принцип торможения химических реакций. Применительно к природным водам он формулируется следующим образом: если в водах не хватает реагентов для реализации всех возможных реакций, то в них будут протекать лишь те реакции, для которых характерно максимальное химическое сродство между элементами. Эти реакции, расходуя «на себя» дифицитные реагенты, будут препятствовать реализации реакций с меньшим сродством (часто с меньшим тепловым эффектом) *. Дефицит реагентов определяет особенности многих природных процессов, их отличие от лабораторных реакций.
s Принцип торможения давно уже используется в аналитической химии, при 'так называемом дробном осаждении. Если к раствору, содержащему равные концентрации С1~ и J", добавлять по каплям AgNC>3 (дефицитный реагент), то сначала осаждается чистый AgJ, так как растворимость его ниже. Следовательно, осаждение AgCl «тормозится» осаждением AgJ (при отсутствии в растворе ионов J- стало бы осаждаться AgCl). По мере израсходования ионов J- концентрация ионов Agt в растворе будет расти, и наступит такой момент, когда все ионы J- будут связаны в осадке, начнется осаждение чистого AgCl.
2 А. И. Перельман
17
ИНТЕНСИВНОСТЬ ВОДНОЙ МИГРАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ
Для некоторых вод характерна концентрация определенных элементов по сравнению с их кларками в гидросфере. Так, кларкн брома и йода в океане равны 6,6 • 10_3 и 3 • 10-в%, а в подземных йодобромных водах их содержание достигает соответственно 0,4 и 0,05%, т. е. в 60 и 1500 раз больше. В океане вольфрам очень редок, его кларк равен 1 • 10_5%, но в рассолах озера Сёрлз в Калифорнии (США) содержится 5 - 10—3 % этого металла — в 500 раз больше. Известны воды, обогащенные кальцием, магнием, натрием, хлором, серой, железом, медью, свинцом, радием и др. Существуют и «запрещенные элементы», содержание которых в данных водах намного ниже их кларка в гидросфере.
Все эти различия объясняются миграцией, т. е. перемещением элементов из одних участков земной коры в другие, многообразными процессами их концентрации и рассеяния. Поэтому геохимиков очень интересует, с какой интенсивностью мигрируют элементы. Казалось бы, задача решается просто: надо определить содержание элементов в воде, полагая, что элементы, которых много, мигрируют интенсивно, а которых мало — слабо. В ряде случаев такой подход оправдывает себя. Например, в речных водах среди катионов преобладает кальций (Са2+), и он является энергичным водным мигрантом. В тех же водах очень мало алюминия, мигрирующего ® слабо. Однако подобный критерий применим не всегда.__ Так, в водах крайне мало золота — всего около 10_‘“%. Значит ли это, что золото мигрирует слабее, чем железо и алюминий? Содержание меди, цинка, молибдена, урана и многих других металлов в большинстве вод в сотни и тысячи раз меньше, чем кальция, магния, натрия. Значит ли это, что тяжелые металлы мигрируют в сотни и тысячи раз менее интенсивно? Очевидно, оценивать интенсивность миграции только по содержанию элементов в водах нельзя. Причина кроется в различной распространенности элементов в земной коре, в различии их кларков. Действительно, для природных вод литосфера является первоисточником мпогих элементов. Большинство вод не насыщено микроэлементами, в связи с чем при более высоком содержании в горных породах вероятно и повышенное содержание этих элементов в водах. Конечно,
здесь пег прямой пропорциональности — играют роль и свойства элементов, и форма их нахождения в породах, состав вод и другие факторы, но все же и влиянием кларков пренебрегать нельзя!
Впервые интенсивность водной миграции элементов с учетом их распространенности в земной коре определил американский ученый К. X. Смит (1913). Он сравнил данные Кларка о среднем составе сухого остатка,, речйых вод со средним составом изверженных и осадочных пород. К. X. Смит разработал особый пересчет, позволяющий определить процент выноса окислов из пород, если принять интенсивность выноса СаО за 100% (табл. 1).
