Геохимия гидросферы атмосферы

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Геохимия гидросферы атмосферы

Содержание

2. Гидрогеохимия (геохимия подземных вод) - это раздел гидрогеологии, который изучает химический состав гидросферы и протекающие в
3. Формы подземной воды в недрах: 1. Свободные воды. Наиболее изученные формы подземных вод. Они занимают пустоты,
4. Формы подземной воды в недрах: 2. Поровые воды. Под поровыми водами (растворами) понимаются воды, насыщающие поры
5. Три типа взаимоотношения между поровыми и пластовыми водами: 1. Поровые воды более концентрированы, чем пластовые, принимают
6. Формы подземной воды в недрах: 3. Связанные воды. Взаимодействие твердых минеральных частиц с водой или водными
7. 1. Молекулярная адсорбция. 2. Полимолекулярная адсорбция. 3. Поверхностно-осмотический переток воды. 4. Капиллярное впитывание.
8. ОСМОС - односторонняя диффузия растворителя (такого как вода) через естественную или искусственную полупроницаемую мембрану (перегородка, пропускающая
9. Классификация форм связанной воды в породах: 1. Вода, связанная в кристаллической структуре минералов. 2. Вода, адсорбционно-связанная
10. Состав подземных вод Природные воды – сложные водные растворы (В.И.Вернадский). В их составе выделяются: макро- и
12. Природные воды по величине минерализации (г/кг) делят на следующие группы: 1. Пресные ( 2. Солоноватые (1-25).
13. Состав растворенных в подземных водах природных соединений определяется прежде всего составом литосферы и распространенностью отдельных составляющих
14. Микрокомпоненты – содержатся в подземных водах, как правило, в незначительных количествах, определяемых мг, мкг и долями
15. Органические вещества В подземных водах содержится широкая гамма органических соединений. Компонентами органических веществ являются представители всех
18. Микрофлора подземных вод Все микроорганизмы подразделяются на микроскопические одно- и многоклеточные животные (простейшие) и растения (водоросли,
19. Газы Газы и вода находятся в постоянном обмене. Различают сорбированные, растворенные и свободные газы. Основными газами
21. Происхождение газов в подземной воде воздушные (N2, O2, CO2, Ne, Ar), проникающие в литосферу из атмосферного
22. Выражение химического состава воды Формула М.Г. Курлова (1921г.), «Опыт классификации сибирских целебных минеральных вод» вариант И.Ю.
23. Выражение химического состава воды в псевдодробь записываются в нисходящем порядке все катионы (в знаменателе) и анионы
24. Выражение химического состава воды Грамм-эквивалент - масса вещества в граммах, умноженную на молярную массу вещества. Процент-эквивалент
25. Формула солевого состава - формула Курлова, где указываются ионы, содержание которых более 5-10 %-экв. S -
26. ГЕОХИМИЯ АТМОСФЕРЫ 1966 1990
27. Классификации природных газов Газы атмосферы Газы гидросферы Газы литосферы (растворенные в воде и свободные, сорбированные минералами
28. Атмосфера – газовая оболочка Земли мощностью 20 тыс. км и массой около 1015 т. Азот –
29. Тропосфера (высота 8-18км). 80% массы газовой оболочки Земли. Граница -55ºС. стратосфера (до 50 км). На высоте
30. Древняя газовая оболочка Земли была маломощной и состояла из CO2, H2O, возможно CH4 и др. газов.
31. Источником CO2 (а также следов HF, HCl и др.) являются тоже вулканы. На содержание в атмосфере
32. Азот фиксируется синезелёными водорослями и некоторыми др. растениями. После их гибели в результате метаморфизма их остатков
33. По составу более 20 схем классификации
39. Газовые проявления Вулканические газы по качеств. составу и Т условно подразделяются на: галогенокислотные (высоко-Т фумаролы); сернистые
41. ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ Гидраты природных газов — газовые гидраты или клатраты — кристаллические соединения, образующиеся при определённых
42. В 1940-е годы советские учёные высказывают гипотезу о наличии залежей газовых гидратов в зоне вечной мерзлоты.
45. Гидрат метана – газовое топливо будущего По прогнозам экспертов ExxonMobil, потребление энергоресурсов в ближайшие 30 лет
46. Во-первых, технологии добычи нефти и газа развиваются. Сегодня в Мексиканском заливе, например, нефть добывают с глубины
47. Третье направление поддержания уровня добычи углеводородов связано с поиском путей использования нетрадиционных их видов. Среди перспективных
48. Гидрат метана это супрамолекулярное соединение метана с водой. Вокруг молекулы метана образуется решетка молекул воды (льда).
50. Глубина залежей гидрата метана может достигать нескольких сотен метров. Основные районы его залежей находятся в зонах
77. Скачать презентацию

Слайд 2

Гидрогеохимия (геохимия подземных вод) - это раздел гидрогеологии, который изучает химический

состав гидросферы и протекающие в ней геохимические процессы.
Под геохимическими процессами понимается формирование химического состава вод и закономерности миграции в них химических элементов.

Слайд 3

Формы подземной воды в недрах:
1. Свободные воды.
Наиболее изученные формы подземных вод.

Они занимают пустоты, трещины и поры в горных породах, передвигаются под влиянием силы тяжести и напорного градиента, передают гидростатическое давление.
Различают воды зоны аэрации (капиллярные воды) и зоны насыщения (гравитационные воды).

Слайд 4

Формы подземной воды в недрах:
2. Поровые воды.
Под поровыми водами (растворами) понимаются

воды, насыщающие поры горных пород, тонкие капилляры, микротрещины, межзерновое пространство и удерживаемые в породах как самой замкнутой системой микрополостей, так и силами межмолекулярного сцепления.
Поровая вода состоит из свободной (гравитационной) воды, а также из связанной воды.

Слайд 5

Три типа взаимоотношения между поровыми и пластовыми водами:
1. Поровые воды более

концентрированы, чем пластовые, принимают активное участие в формировании солевого состава последних (наиболее типичный случай).
2. Поровые воды менее минерализованы и обогащены микрокомпонентами, чем пластовые воды.
3. Поровые воды идентичны пластовым водам, когда установилось равновесие в системе порода--поровый раствор--пластовые воды.
Гидрогеохимическая зональность поровых вод:
увеличение минерализации с глубиной.

Слайд 6

Формы подземной воды в недрах:
3. Связанные воды.
Взаимодействие твердых минеральных частиц с

водой или водными растворами электролитов приводит к образованию на границе твердой и жидкой фаз поверхностного «граничного» (межфазного) слоя влаги, обладающего свойствами, которые отличаются от свойств воды в «объеме», - связанной воды.
Отмечается ее энергетическая неоднородность, которая определяется количеством активных поверхностных центров, удаленностью молекул воды от поверхности, видом и концентрацией водного раствора, влиянием Р и Т.
Наиболее существенна роль этого слоя влаги для высокодисперсных глинистых пород

Слайд 7

1. Молекулярная адсорбция.
2. Полимолекулярная адсорбция.
3. Поверхностно-осмотический переток воды.
4. Капиллярное впитывание.

Слайд 8

ОСМОС - односторонняя диффузия растворителя (такого как вода) через естественную или

искусственную полупроницаемую мембрану (перегородка, пропускающая только определенные растворенные вещества) в более концентрированный раствор.
Так как более концентрированный раствор содержит меньшую концентрацию молекул растворителя, в него путем диффузии просачивается растворитель из менее концентрированного раствора и разбавляет его до тех пор, пока концентрация не станет равной по обе стороны мембраны.

Слайд 9

Классификация форм связанной воды в породах:
1. Вода, связанная в кристаллической структуре

минералов.
2. Вода, адсорбционно-связанная с повехностью минералов.
3. Вода переходного состояния (от связанной к свободной).
Эта вода постепенно замерзает при Т от -12ºС и ниже. Плотность в среднем 1.2-1.5 г/см3. Вязкость связанной воды выше, а растворяющая способность по отношению к солям - ниже, чем у свободной воды.
Объем связанных вод глинистых пород во много раз превышает объем гравитационных подземных вод.

Слайд 10

Состав подземных вод
Природные воды – сложные водные растворы (В.И.Вернадский). В их

составе выделяются: макро- и микрокомпоненты, газы, органические вещества, микроорганизмы (живое вещество). Большое значение имеют изотопы химических элементов как самой воды, так и растворенных веществ.
В настоящее время в подземных водах различными методами анализа определяется около 83 химических элементов таблицы Менделеева, характеризующих общий химический тип воды, ее свойства и имеющих разное научное и практическое значение.

Слайд 11

Слайд 12

Природные воды по величине минерализации (г/кг) делят на следующие группы:
1. Пресные

(< 1).
2. Солоноватые (1-25).
3. Соленые (25-50).
4. Рассолы (>50).
Рассолы, в свою очередь, делятся на:
1. Весьма слабые (50-70).
2. Слабые (70-140).
3. Крепкие (140-270).
4. Весьма крепкие (270-350).
5. Сверхкрепкие (>350).

Слайд 13

Состав растворенных в подземных водах природных соединений определяется прежде всего составом

литосферы и распространенностью отдельных составляющих ее элементов.
Макрокомпоненты – определяют химический тип воды, ее общую минерализацию М (сухой остаток) и название по общему химическому составу.
Основными макрокомпонентами являются наиболее распространенные в земной коре катионогенные (Ca, Mg, Na, K, Fe) и анионогенные (Cl, S, C, Si) элементы. Накопление элементов определяется растворимостью соединений главных элементов.
Наиболее минерализованными (М до 760 г/л) являются сверхкрепкие хлоридные кальциевые рассолы, а наименее (<10) ультрапресные гидрокарбонатные кальциевые и гидросиликатные кальциевые воды.

Слайд 14

Микрокомпоненты – содержатся в подземных водах, как правило, в незначительных количествах,

определяемых мг, мкг и долями мкг в 1 л.
Общее число микрокомпонентов, извлекаемых из подземных вод в промышленных масштабах, составляет около 30. При гидрогеохимических поисках месторождений полезных ископаемых используют более 50 элементов.
Максимальное содержание микрокомпонентов в кислых и щелочных водах рудных месторождений может достигать граммовых количеств.
В кислых водах может содержаться до (г/л): Al – 13, As – 1.5, Co – 3.6, Cu – 45, Fe – 47, Ni – 30, Zn – 50.
В щелочных водах: Al – 1, F – 15, Si - 13.

Слайд 15

Органические вещества
В подземных водах содержится широкая гамма органических соединений. Компонентами органических

веществ являются представители всех химических групп (углеводы, белки, липиды) и классов (карбоновые кислоты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, амины, эфиры), изучаемых в органической химии.
Важнейшие характеристики водорастворенных органических веществ – величина их общего количества и содержание химических элементов, входящих в состав индивидуальных органических соединений (Сорг., Nорг. , Pорг. ).

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Микрофлора подземных вод
Все микроорганизмы подразделяются на микроскопические одно- и многоклеточные животные

(простейшие) и растения (водоросли, бактерии, дрожжи и плесени). Размеры их варьируют от долей до десятков и сотен мкм. Наибольшее значение имеют бактерии (аэробные и анаэробные).
Аэробы развиваются при наличии свободного кислорода в воде, анаэробы – при его отсутствии. Они используют сульфаты, нитраты, углекислоту и другие кислородсодержащие вещества.

Слайд 19

Газы
Газы и вода находятся в постоянном обмене. Различают сорбированные, растворенные и

свободные газы.
Основными газами подземных вод являются: O2, N2, CO2, H2S, CnH2n+2, H2, NH3, He, Rn, Ne, Ar, Xe, Kr.

Слайд 20

Слайд 21

Происхождение газов в подземной воде
воздушные (N2, O2, CO2, Ne, Ar), проникающие

в литосферу из атмосферного воздуха);
биохимические (CH4, CO2, N2, H2S, H2, O2, ТУ – тяжелые углеводороды), образующиеся при разложении микроорганизмами органических и минеральных веществ;
химические (CO2, H2S, H2, CH4, CO, N2, HCl, HF, SO2, NH3), образующиеся в результате взаимодействия воды и породы при нормальных и высоких давлении и температуре;
радиоактивные и продукты ядерных реакций (He, Rn).

Слайд 22

Выражение химического состава воды
Формула М.Г. Курлова (1921г.),
«Опыт классификации сибирских целебных

минеральных вод»
вариант И.Ю. Соколова (1970г.):
в левой стороне формулы записывается (в мг/л) содержание газов, а затем микрокомпонентов, если их количество превышает нормы для отнесения подземных вод к минеральным или представляет геохимический интерес;
далее записывается минерализация воды (М) в виде дроби: в числителе – в весовой форме (с точностью до одного десятичного знака), в знаменателе – в эквивалентной форме;

Слайд 23

Выражение химического состава воды
в псевдодробь записываются в нисходящем порядке все катионы

(в знаменателе) и анионы (в числителе),содержание которых составляет более 1 экв. % (с точностью до целых процентов);
справа от формулы записывают показатели, характеризующие состояние воды: pH, Eh, Т, перманганатная окисляемость в мг О/л. Для сильноминерализованных вод и рассолов в конце формулы проставляют плотность воды.

Слайд 24

Выражение химического состава воды
Грамм-эквивалент - масса вещества в граммах, умноженную на

молярную массу вещества.
Процент-эквивалент - вычисляется путём деления грамм-эквивалента вещества на сумму всех грамм-эквивалентов веществ смеси (в данном случае - анионов или катионов) и умножением на 100%.
Формула читается: гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридная кальциево-натриево-магниевая вода.

Слайд 25

Формула солевого состава - формула Курлова, где указываются ионы, содержание которых

более 5-10 %-экв.
S - нерастворимые примеси типа Fe и т.д.
G - газы (например, CO2).
M - минерализация - миллиграмм/литр.
A - содержащиеся в воде анионы, расположенные в убывающем порядке по значению процент-эквивалента (%-экв). В общей сумме должно быть 100 %-экв анионов.
C - содержащиеся в воде катионы, расположенные в убывающем порядке по значению процент-эквивалента (%-экв). В общей сумме должно быть 100 %-экв анионов.
pH - кислотность (от 1-HCl до 12- KOH).
T - температура воды в ºС.
D - дебит источника (м3/сутки).

Слайд 26

ГЕОХИМИЯ АТМОСФЕРЫ
1966
1990

Слайд 27

Классификации природных газов
Газы атмосферы
Газы гидросферы
Газы литосферы (растворенные в воде и свободные,

сорбированные минералами и органическими веществами).

Слайд 28

Атмосфера – газовая оболочка Земли мощностью 20 тыс. км и массой

около 1015 т.
Азот – 75.5%, кислород – 23.1%, аргон – 1.28%, углекислый газ – 0.04%, инертные газы.
Считается, что кислородная атмосфера и гидросфера сформировались 2.6-2.4 млрд. лет назад. Содержание кислорода тогда составляло примерно 0.2% от настоящего.
Примерно 1 млрд. лет назад содержание O2 было 1% от современного, в начале палеозоя – 10%, 50 млн. лет назад – современный уровень.

Слайд 29

Тропосфера (высота 8-18км). 80% массы газовой оболочки Земли. Граница -55ºС.
стратосфера (до

50 км). На высоте 30 км – озоновый слой
мезосфера (50-80 км)
ионосфера (~1000 км). Резкое повышение Т.
экзосфера.

Слайд 30

Древняя газовая оболочка Земли была маломощной и состояла из CO2, H2O,

возможно CH4 и др. газов.
Современная атмосфера возникла вторично, с появлением на Земле свободного кислорода в результате фотосинтетической деятельности растений. После этого продукты вулканической эксгаляций S, H2S, NH3, H2, CH4 и др. были окислены, выбыли из атмосферы и осталась современная азотно-кислородная оболочка Земли.
Из пород Земли в атмосферу при действии вулканов выделяются лёгкие газы He4, He3, Н, D ("гелиевое дыхание"), которые не удерживаются гравитационным полем Земли и рассеиваются в космическое пространство.

Слайд 31

Источником CO2 (а также следов HF, HCl и др.) являются тоже

вулканы.
На содержание в атмосфере CO2 оказывает влияние океан, поглощающий CO2 в холодных широтах и освобождающий CO2 на экваторе.
Изотоп аргона 40Ar накапливается в атмосфере в результате ядерного превращения 40K->40Ar. Ne, Kr, Xe - первичного происхождения.
Атмосфера играет огромную роль в качестве транспортёра многих легколетучих соединений, галогенидов, органических веществ и т. п.
Газы атмосферы участвуют в геохимическом выветривании горных пород, например O2, CO2.

Слайд 32

Азот фиксируется синезелёными водорослями и некоторыми др. растениями. После их гибели

в результате метаморфизма их остатков образуется калийная селитра.
Подземные атмосферы, заполняющие пористые породы, имеют разнообразный состав и образуются различными путями.
Атмосферные газы могут быть захвачены осадочными породами. В этом случае для них характерно содержание 40Ar по отношению к N2 около 1%. Азотные струи без 40Ar — результат метаморфизма органического вещества (биогенные газы). Известны подземные атмосферы из CO2, а также струи CO в районах вулканической деятельности, нефтяные газы CH4 и др. углеводороды в нефтеносных областях, сероводород, радиогенные газы — Не, Rn и др.

Слайд 33

По составу более 20 схем классификации

Слайд 34

Слайд 35

Слайд 36

Слайд 37

Слайд 38

Слайд 39

Газовые проявления
Вулканические газы по качеств. составу и Т условно подразделяются на:

галогенокислотные (высоко-Т фумаролы);
сернистые (средне-Т сольфатары);
углекислые (низко-Т мофеты).

Слайд 40

Слайд 41

ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ
Гидраты природных газов — газовые гидраты или клатраты — кристаллические

соединения, образующиеся при определённых термобарических условиях из воды и газа. Имя клатраты, от латинского «clathratus», что значит «сажать в клетку», было дано Пауэллом в 1948.
Гидраты газа относятся к нестехиометрическим соединениям, то есть соединениям переменного состава. Впервые газовые гидраты были описаны в 1810 году. К 1888 году получают гидраты CH4, C2H6, C2H4, C2H2, и N2O.

Слайд 42

В 1940-е годы советские учёные высказывают гипотезу о наличии залежей газовых

гидратов в зоне вечной мерзлоты.
В 1960-е годы они же обнаруживают первые месторождения газовых гидратов на севере СССР. С этого момента газовые гидраты начинают рассматриваться как потенциальный источник топлива.
Постепенно выясняется их широкое распространение в океанах и нестабильность при повышении температуры. Сейчас природные газовые гидраты приковывают особое внимание как возможный источник ископаемого топлива, а также участник изменений климата.

Слайд 43

Слайд 44

Слайд 45

Гидрат метана – газовое топливо будущего
По прогнозам экспертов ExxonMobil, потребление энергоресурсов

в ближайшие 30 лет на планете возрастет наполовину.
Так как продуктивность известных месторождений углеводородов снижается, новые крупные месторождения открываются все реже, а использование угля наносит ущерб экологии.
Однако скудеющие запасы обычных углеводородов можно компенсировать.

Слайд 46

Во-первых, технологии добычи нефти и газа развиваются.
Сегодня в Мексиканском заливе,

например, нефть добывают с глубины 2.5-3 км под поверхностью воды, такие глубины были немыслимы 15 лет назад.
Во-вторых, развиваются технологии переработки сложных видов углеводородов (тяжелых и высокосернистых нефтей) и нефтяных суррогатов (битумы, нефтяные пески). Это позволяет возвращаться к традиционным районам добычи и возобновлять на них работу, а также начинать добычу в новых районах.
Например, в Татарстане, при поддержке компании Shell, начинается добыча, так называемой «тяжелой нефти». В Кузбассе разрабатываются проекты по добыче метана из угольных пластов.

Слайд 47

Третье направление поддержания уровня добычи углеводородов связано с поиском путей использования

нетрадиционных их видов.
Среди перспективных новых видов углеводородного сырья ученые выделяют гидрат метана, запасы которого на планете, по ориентировочным оценкам, составляют не менее 250 триллионов кубических метров (по энергетической ценности это в 2 раза больше ценности всех имеющихся на планете запасов нефти, угля и газа вместе взятых).

Слайд 48

Гидрат метана это супрамолекулярное соединение метана с водой. Вокруг молекулы метана

образуется решетка молекул воды (льда). Соединение устойчиво при низкой температуре и повышенном давлении.
Например, гидрат метана стабилен при температуре 0°C и давлении порядка 25 бар и выше. Такое давление имеет место на глубине океана около 250 м. При атмосферном давлении гидрат метана сохраняет устойчивость при температуре −80°C. Если гидрат метана нагревается, либо повышается давление, соединение распадается на воду и природный газ (метан).
Из одного кубического метра гидрата метана при нормальном атмосферном давлении можно получить 164 кубических метра природного газа.

Слайд 49

Слайд 50

Глубина залежей гидрата метана может достигать нескольких сотен метров. Основные районы

его залежей находятся в зонах вечной мерзлоты на суше и возле океанского дна во многих районах мира.

Слайд 51

Слайд 52

Слайд 53

Слайд 54

Слайд 55

Слайд 56

Слайд 57

Слайд 58

Слайд 59

Слайд 60

Слайд 61

Слайд 62

Слайд 63

Слайд 64

Слайд 65

Слайд 66

Слайд 67

Слайд 68

Слайд 69

Слайд 70

Слайд 71

Слайд 72

Слайд 73

Слайд 74

Слайд 75

Геохимия гидросферы атмосферы

Содержание

Гидрогеохимия (геохимия подземных вод) - это раздел гидрогеологии, который изучает химический

Формы подземной воды в недрах:1. Свободные воды.Наиболее изученные формы подземных вод.

Формы подземной воды в недрах:2. Поровые воды.Под поровыми водами (растворами) понимаются

Три типа взаимоотношения между поровыми и пластовыми водами:1. Поровые воды более

Формы подземной воды в недрах:3. Связанные воды.Взаимодействие твердых минеральных частиц с

1. Молекулярная адсорбция.2. Полимолекулярная адсорбция.3. Поверхностно-осмотический переток воды.4. Капиллярное впитывание.

ОСМОС - односторонняя диффузия растворителя (такого как вода) через естественную или

Классификация форм связанной воды в породах:1. Вода, связанная в кристаллической структуре

Состав подземных водПриродные воды – сложные водные растворы (В.И.Вернадский). В их

Природные воды по величине минерализации (г/кг) делят на следующие группы:1. Пресные