Формирование железистых подземных вод - Труфанов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Среди лигандов, образующих комплексы с железом, преобладают органические соединения различного состава, но идентифицировать преобладающую часть органических комплексов пока затруднительно. В поверхностных водах наиболее часто имеют место фульво- и гуминовые кислоты, которые образуют весьма устойчивые комплексы с железом в большом интервале pH. При достаточно хорошей связи поверхностных и подземных вод в последних также могут обнаруживаться значительные концентрации кислот гумусового ряда. Кроме того, в подземных водах могут присутствовать органические компоненты, способные образовывать хорошо растворимые комплексы с железом и тем самым увеличивать его растворимость в водах (табл. 3). Результаты анализов указывают на наличие в подземных водах таких органических соединений, как летучие (уксусная, пропионовая и др.) и нелетучие кислоты (щавелевая, фумаровая, лимонная, винная и др.), кислоты гумусового ряда (гуминовая и фульвокислота и др.). Большое разнообразие органических соединений, растворенных в природных водах района, а также их значительные количества, особенно в верховодке, почвенных и грунтовых водах, дают основание предполагать взаимосвязь органического вещества и железа, миграции их в сложных органических комплексах. Недоучет возможного образования прочных комплексов может привести к значительным ошибкам при аналитических определениях общего содержания растворенного железа.
Окисление и восстановление. Способность железа подвергаться обратимому окислению или восстановлению играет большую роль в геохимии природных вод зоны гипергенеза, так как с этим процес, сом связаны переходы его из легкоподвижных форм в малоподвижные и наоборот. Окисление железа происходит со значительным выделением тепла, восстановление — наоборот, поэтому, согласно принципу Ле-Ша-телье, окисление может легко протекать при сравнительно низких температурах, характерных для гипергенных условий. При свободном доступе кислорода в подземные воды двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, а последнее подвергается гидролизу, продукты которого имеют низкую растворимость и выпадают в осадок. Интенсивность окисления значительно ускоряется при повышении pH. Так, Fe(OH)2 при исходной его концентрации 1 моль/л образует гель при почти полной нейтрализации раствора, т.е. при pH более 6,5, a Fe(OH) 3 начинает выпадать в осадок уже в кислом растворе, при значении pH, равном 1,5 [93]. Однако чисто химическое взаимодействие двухвалентного железа и кислорода в природной обстановке ограничено известными условиями.
35
Таблица З
вещества в природных водах Средне-
Район, индекс водоносного горизонта
Zcopr, мг/л
С0рГ нелетучих
соединений,
мг/л
Сорг летучих соединений (нейтральных и щелочных) ,мг/л
С0рг летучих кислот, мг/л
р. Амур (выше Хабаровска) Низинные болота: бассейны рек Чирки Пунчи
Q4
N2-Qj рг
N1US К
Поверхностные воды 7,4-17,0* 0,84-1,5*
12,6
2.4-28,0
13,2 2,5-24,5
11.7
7,4
1.17
Подзем ные воды 4,8
2,8
1,8
3,4 2.4 1.8
0,26-1.02* 0,49
5,0 6,5 3,8
— по данным И.А. Гончаровой и др. [41]; ** —по данным Н.И. Окуневой [107]; в знаменателе средние содержания некоторых форм органических веществ, вычисленные
Многочисленные опыты разных исследователей [3, 8, 111, 125 и др.] показывают, что химическое окисление происходит только на поверхности воды с образованием тонкой пленки гидроокиси железа. Особая роль в окислении железа принадлежит железобактериям, которыми принято называть особую группу микроорганизмов, обладающих способностью активировать окисление закисного железа и использовать освободившуюся при этом энергию в своих жизненных процессах.
Роль восстановителей в окислительно-восстановительном процессе могут играть и атомы, способные отдавать электроны. Одним из самых активных восстановителей в зоне гипергенеза является органическое вещество. В реакциях восстановления железа органические соединения могут действовать как непосредственно, так и через продуцируемые ими угольную и другие органические кислоты. Кроме того, их действие может осуществляться через восстановленные ими сульфаты до сероводорода (при участии сульфатредуцирующих бактерий), а также при активации других микроорганизмов, редуцирующая способность которых отмечалась рядом исследователей [57, 138]. Для интенсивного протекания реакции восстановления не безразлично, какими соединениями представлено органическое вещество. Наибольшим восстанавливающим действием обладают органические соединения, содержащие органические кислоты. В.В. Щербина отмечает [165], что частично разложившиеся растительные остатки обладают гораздо большими восстановительными свойствами, чем свежая клетчатка или бурый уголь. 36
Состав растворенного органического Амурского артезианского бассейна
Нафтеновые кислоты, мг/л Сорг гумино-вых кислот, мг/л Люминесцирующие вещества, % от их суммы '% летучих кислот от ^сорг
Нейтральные смолы Кислые смолы Гумус
Поверхностные воды
3,6
44,1 - - -
75,0 -
Подземные воды
0,04-0,37 37 25 38 37,8
Г25 0,16
0,1-1,3*" 0,04-10,3 40 30 30 55,5
