Презентация Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 1 онлайн

Содержание слайда: Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода (1) Три источника, три составные части теории формирования химического состава природных вод

Содержание слайда: 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;

Содержание слайда: 2) факторы формирования химического состава природных вод – условия, способствующие или противостоящие протеканию процессов и водной миграции элементов. 2) факторы формирования химического состава природных вод – условия, способствующие или противостоящие протеканию процессов и водной миграции элементов. 3) миграция элементов (перенос вещества и энергии);

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: 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). 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.).

Содержание слайда: 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. 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.

Содержание слайда: 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 . 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.

Содержание слайда: Некоторые минералы медленно растворяются в воде в естественных условиях; 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.),

Содержание слайда: Карстовые воронки

Содержание слайда: Карстовая воронка Балаа (Ливан)

Содержание слайда: Глубина 250 м. Возраст 150000 лет.

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: фториды виллиомит NaF и криолит Na3AlF6 довольно быстро полностью или частично выщелачиваются дождями и талыми водами из поверхностного слоя содержащих их горных пород. 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.

Содержание слайда: Отпечатки полностью растворённого пластинчатого кальцита ("папир-шпата") на находившихся с ним в срастании кристаллах кварца и датолита.

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: Многие водорастворимые минералы (в основном хлориды, сульфаты, карбонаты), осаждаются из воды соляных озер и лагун

Содержание слайда: Мертвое море

Содержание слайда: 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. 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.

Содержание слайда: 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

Содержание слайда: 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

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: Обладая электростатическим зарядом, ионы гидроксила, и, особенно водорода, активно взаимодействуют с поверхностными зонами частиц горных пород. 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.

Содержание слайда: Атомы металлов, вследствие разности химических потенциалов в жидкой и твердой фазах переходят с поверхности кристаллической решетки в раствор. 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.

Содержание слайда: 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

Содержание слайда: Схема образования коры выветривания в условиях различных ландшафтных зон

Содержание слайда: 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

Содержание слайда: OH - + CO2 –––––> HCO3- Неравновесность этих процессов связана с нейтрализацией освобождающегося гидроксил-иона углекислым газом (чаще биогенным), отсюда инконгруэнтность процессов гидролиза силикатов.

Содержание слайда: В планетарном масштабе значение этих процессов огромно. В планетарном масштабе значение этих процессов огромно. С ними связана нейтрализация воды первичного кислого океана. Ими объясняется существование гидрокарбонатных вод на площадях развития силикатных пород; углерод гидрокарбонат-иона чаще всего биогенный. Существование воды и жизни на Земле поддерживает и регулирует мощные процессы разрушения силикатных пород.