Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 1

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 1

Содержание

2. При изучении формирования химического состава природных вод необходимо рассматривать три составные части этого глобального явления: 1)
3. 2) факторы формирования химического состава природных вод – условия, способствующие или противостоящие протеканию процессов и водной
4. Особенности взаимодействия в системе вода –порода Взаимодействие подземных вод с горными породами имеет весьма сложный многоступенчатый
5. физические процессы, происходящие на границе раздела твердой и жидкой фаз Интенсивность определяется гл. образом величиной поверхностной
6. Растворение – кристаллизация При взаимодействии твердого вещества с водой наблюдаются два одновременно протекающих процесса: переход ионов
7. Конгруэнтное растворение Важнейший тип химического взаимодействия воды н горной породы — процесс конгруэнтного (согласованного, гармоничного) растворения,
8. Д. И. Менделеев (1887) показал, что при растворении получаются близкие к химическим соединениям системы, состоящие из
9. В основе равновесия между твердым веществом и раствором лежит закон равновесия Гиббса, согласно которому равновесие наступает,
10. В неравновесной системе компонент из фазы, в которой его химический потенциал больше, будет самопроизвольно переходить в
11. Некоторые минералы медленно растворяются в воде в естественных условиях; к их числу относятся прежде всего кальцит
12. Карстовые воронки
13. Карстовая воронка Балаа (Ливан)
14. Глубина 250 м. Возраст 150000 лет.
15. выщелачивание Химическое растворение отличается от выщелачивания кинетически. При растворении взаимодействие с растворяемым веществом, например в забоях
16. фториды виллиомит NaF и криолит Na3AlF6 довольно быстро полностью или частично выщелачиваются дождями и талыми водами
17. Отпечатки полностью растворённого пластинчатого кальцита ("папир-шпата") на находившихся с ним в срастании кристаллах кварца и датолита.
18. Кристаллизация Процесс, в результате которого растворенное вещество переходит из жидкой фазы в структуру минерала. Состоит из
19. В насыщенном равновесном растворе кристаллизация прекращается. Кристаллизация минеральных веществ из подземных вод имеет огромное геологическое значение,
20. Многие водорастворимые минералы (в основном хлориды, сульфаты, карбонаты), осаждаются из воды соляных озер и лагун
21. Мертвое море
22. Эти же минералы, а также нитраты образуют на суше, в районах с аридным климатом, различные эфемерные
23. Влияние других солей: а) одноименные ионы снижают растворимость; б) изменение растворимости в растворах: Повышается растворимость гипса
24. Влияние газового состава: Это уже не простое растворение, а реакции: с СО2 – переход в р-р
25. Гидролиз (инконгруэнтное растворение) более сложно, чем конгруэнтное растворение, протекает процесс инконгруэнтного растворения широко распространенных в природе
26. Обладая электростатическим зарядом, ионы гидроксила, и, особенно водорода, активно взаимодействуют с поверхностными зонами частиц горных пород.
27. Атомы металлов, вследствие разности химических потенциалов в жидкой и твердой фазах переходят с поверхности кристаллической решетки
28. Образуются обогащенные Al вторичные минералы. 4Na AlSi3O8 (альбит) + 22H2O ––––> Al4Si4O10(OH)8 (каолинит)+4Na+ + 4OH -
29. Схема образования коры выветривания в условиях различных ландшафтных зон
30. Условные обозначения 1 — материнская порода; 2 — зона дресвы химически малоизмененной; 3 — гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейделлитовая зона;
31. OH - + CO2 –––––> HCO3- Неравновесность этих процессов связана с нейтрализацией освобождающегося гидроксил-иона углекислым газом
33. Скачать презентацию

Слайд 2

При изучении формирования химического состава природных вод необходимо рассматривать три составные

части этого глобального явления:

1) процессы формирования химического состава природных вод – физико-химические механизмы, посредством которых осуществляется перевод вещества в раствор, вывод из раствора (т. е. воспроизводство и поглощение растворенного вещества), добавление и поглощение молекул растворителя;

Слайд 3

2) факторы формирования химического состава природных вод – условия, способствующие или

противостоящие протеканию процессов и водной миграции элементов.
3) миграция элементов (перенос вещества и энергии);

Слайд 4

Особенности взаимодействия в системе вода –порода
Взаимодействие подземных вод с горными породами

имеет весьма сложный многоступенчатый характер. Менялось оно и в ходе эволюции земной коры. На ранних этапах горные породы были магматическими, подземные воды имели специфический характер, присущий, по-видимому, современным вулканическим областям.
По мере накопления осадочных толщ и формирования метаморфических горных пород, процессы взаимодействия жидкой и твердой фаз становились более многообразными и примерно в начале фанерозоя приобрели современный характер.

Слайд 5

физические процессы, происходящие на границе раздела твердой и жидкой фаз
Интенсивность определяется

гл. образом величиной поверхностной энергии минералов и горных пород, которая является функцией удельной поверхности. Эта величина тем больше, чем дисперсность частиц породы выше.
Этим объясняется то, что наиболее интенсивно подвержены химическому выветриванию средне- и тонкодисперсные породы, а обломочные и грубодисперсные более устойчивы.

Слайд 6

Растворение – кристаллизация
При взаимодействии твердого вещества с водой наблюдаются два одновременно

протекающих процесса: переход ионов из твердого состояния в раствор и обратно. В зависимости от преобладания того или иного процесса происходит растворение или кристаллизация. Когда скорости обоих процессов выравниваются, наступает равновесие и растворение, и кристаллизация практически прекращаются.

Слайд 7

Конгруэнтное растворение
Важнейший тип химического взаимодействия воды н горной породы —

процесс конгруэнтного (согласованного, гармоничного) растворения, при котором вещество пород полностью переходит в растворенное состояние.
Растворимость большого числа природных минералов в воде связана с аномальными особенностями воды, полярной природой ее молекул, способностью воды к образованию тетраэдрической координированной структуры, от чего зависит ее высокая диэлектрическая постоянная.

Слайд 8

Д. И. Менделеев (1887) показал, что при растворении получаются близкие к

химическим соединениям системы, состоящие из молекул растворителя и растворённого вещества, с определенной теплотой образования (теплотой растворения).
Эта теория получила развитие в работах И. А. Каблукова (1891) применительно к водным растворам электролитов, например при растворении минералов с ионной кристаллической решёткой (KCl, CaCl2, NaCl и т.п.).

Слайд 9

В основе равновесия между твердым веществом и раствором лежит закон равновесия

Гиббса, согласно которому равновесие наступает, когда химический потенциал вещества в растворе µАж становится равным химическому потенциалу вещества в твердой фазе µАтв , т.е.
µАтв = µАж = µАо + RTlnXA
где µАо — стандартный химический потенциал вещества в растворе; R — газовая постоянная; Т—температура, К; XA — мольная доля вещества А в растворе.

Слайд 10

В неравновесной системе компонент из фазы, в которой его химический потенциал

больше, будет самопроизвольно переходить в фазу, в которой последний меньше, т.е. с термодинамической точки зрения процесс растворения возможен тогда, когда µАтв > µАж .
Основными хорошо растворимыми породообразующими минералами являются кальцит, доломит, гипс, ангидрит и галит.

Слайд 11

Некоторые минералы медленно растворяются в воде в естественных условиях;
к их

числу относятся прежде всего кальцит и гипс, растворение которых дождевыми и текучими водами приводит к развитию карста (образованию карстовых воронок, провалов, пещер и т.п.),

Слайд 12

Карстовые воронки

Слайд 13

Карстовая воронка Балаа (Ливан)

Слайд 14

Глубина 250 м. Возраст 150000 лет.

Слайд 15

выщелачивание
Химическое растворение отличается от выщелачивания кинетически. При растворении взаимодействие с растворяемым

веществом, например в забоях соляных камер при скважинном подземном выщелачивании, происходит на границе раздела твёрдой и жидкой фаз по законам внешних диффузий. Скорость растворения мало изменяется во времени, т.к. определяется практически неизменной величиной поверхности контакта растворяемого вещества с растворителем (водой).
При выщелачивании происходит химическое растворение минералов, рассеянных в массе породы.

Слайд 16

фториды виллиомит NaF и криолит Na3AlF6 довольно быстро полностью или частично

выщелачиваются дождями и талыми водами из поверхностного слоя содержащих их горных пород.
На месте этих минералов остаются лишь пустоты характерной формы.

Слайд 17

Отпечатки полностью растворённого пластинчатого кальцита ("папир-шпата") на находившихся с ним в

срастании кристаллах кварца и датолита.

Слайд 18

Кристаллизация
Процесс, в результате которого растворенное вещество переходит из жидкой фазы

в структуру минерала.
Состоит из ряда последовательных стадий, включающих разрыв и перестройку связей.
Скорость перехода является функцией степени перенасыщения в растворе и концентрации насыщения в первом слое на границе с кристаллом.

Слайд 19

В насыщенном равновесном растворе кристаллизация прекращается.
Кристаллизация минеральных веществ из подземных

вод имеет огромное геологическое значение, так как с ней связано образование очень многих месторождений полезных ископаемых, кольматация тектонической трещиноватости и другие процессы.

Слайд 20

Многие водорастворимые минералы (в основном хлориды, сульфаты, карбонаты), осаждаются из воды

соляных озер и лагун

Слайд 21

Мертвое море

Слайд 22

Эти же минералы, а также нитраты образуют на суше, в районах

с аридным климатом, различные эфемерные выделения — выцветы, налеты и т.п., исчезающие в периоды дождей.

Слайд 23

Влияние других солей:
а) одноименные ионы снижают растворимость;
б) изменение растворимости в

растворах:
Повышается растворимость гипса в растворе каменной соли
Снижается растворимость соды в растворе каменной соли

Слайд 24

Влияние газового состава:
Это уже не простое растворение, а реакции: с СО2

– переход в р-р карбонатных солей, гидролиз силикатов.
с О2 – все окислительные процессы

Слайд 25

Гидролиз (инконгруэнтное растворение)
более сложно, чем конгруэнтное растворение, протекает процесс инконгруэнтного

растворения широко распространенных в природе силикатов и алюмосиликатов.
Природные воды содержат ионы Н+ и ОН-, образующиеся в результате диссоциации воды.

Слайд 26

Обладая электростатическим зарядом, ионы гидроксила, и, особенно водорода, активно взаимодействуют с

поверхностными зонами частиц горных пород.
Первый этап реакций взаимодействия природных вод с алюмосиликатами (прежде всего с полевыми шпатами и плагиоклазами), заключается в вытеснении ионом Н+ водного раствора катионов металла (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) из кристаллической решетки минералов.

Слайд 27

Атомы металлов, вследствие разности химических потенциалов в жидкой и твердой фазах

переходят с поверхности кристаллической решетки в раствор.
Образующнеся пустоты в кристаллической решетке минерала занимают ионы водорода, сохраняя электронейтральность кристаллической структуры.
Размеры ионов Н2 ничтожно малы, в кристаллической решетке образуются «дыры» которые служат путями выноса из глубоких слоев ионов металла. Они диффундируют в эти пустоты и переходят в жидкую фазу.

Слайд 28

Образуются обогащенные Al вторичные минералы.
4Na AlSi3O8 (альбит) + 22H2O ––––>

Al4Si4O10(OH)8 (каолинит)+4Na+ + 4OH - +8H4SiO4
2СaAl2Si2O8 (анортит)+ 6H2O ––––> Al4Si4O10(OH)8 + 2Ca2+ + 4OH-
или: 2СaAl2Si2O8 + H2O + H+ –––––> Al4Si4 O10OH8 + 2Ca2+
4NaAlSiO4 (нефелин)+ 6H2O –––––> Al4Si4O10OH8 + 4Na+ + 4OH- или:
NaAlSiO4 + 3H2O –––––> Al(OH)3 (гиббсит)+ Na+ + OH- + H2SiO3

Слайд 29

Схема образования коры выветривания в условиях различных ландшафтных зон

Слайд 30

Условные обозначения
1 — материнская порода; 2 — зона дресвы химически малоизмененной;

3 — гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейделлитовая зона; 4 — каолинитовая зона; 5 — охры А12О4; 6 — панцирь Fе2О8 + А12О4; 7— годовое испарение; 8 — средняя годовая температура; 9 — средняя годовая сумма атмосферных осадков; 10 — годовой отпад органического (растительного) вещества

Слайд 31

OH - + CO2 –––––> HCO3-
Неравновесность этих процессов связана с нейтрализацией

освобождающегося гидроксил-иона углекислым газом (чаще биогенным), отсюда инконгруэнтность процессов гидролиза силикатов.

Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 1

Содержание

При изучении формирования химического состава природных вод необходимо рассматривать три составные

2) факторы формирования химического состава природных вод – условия, способствующие или

Особенности взаимодействия в системе вода –породаВзаимодействие подземных вод с горными породами

физические процессы, происходящие на границе раздела твердой и жидкой фазИнтенсивность определяется

Растворение – кристаллизацияПри взаимодействии твердого вещества с водой наблюдаются два одновременно

Конгруэнтное растворение Важнейший тип химического взаимодействия воды н горной породы —