ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4274

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

116 

за все время существования Земли. Изотопный состав океанической воды следу-
ющий: 

H

1

2

O

16

 – 99,4 %; 

H

1

2

O

18

 – 0,2; 

H

2

2

O

18

 

– n 

.

 10

–9

 %. 

Существуют значительные отличия отношений распространенности между 

отдельными элементами, сходными по своей геохимической природе. Например, 
соотношение 

Na  :  K

  в  литосфере  1,09,  в  океане  28; 

Sr  :  Ba

  соответственно  1,8  и 

266; 

Cl : Br

 – 81(110) и 292

; Ni : Co

 – 3,5 и 20; 

Th : U

 – 3,4 и 0,017; 

Mo : W

 – 0,8 и 

100.  Это  свидетельствует  о  специфике  геохимических  процессов,  которыми  ха-
рактеризуется  вода  океана  (биохимические,  сорбционные,  щелочно-кислотные  и 
др.). При слабощелочной реакции многие катионы в виде гидроксидов выпадают 
в  осадок,  включая  распространенные 

Ca,  Mg,  Fe

2+

,  Mn

.  Они  образуют  легкорас-

творимые  бикарбонаты в присутствии избытка 

CO

2

. В океанической воде стано-

вятся  устойчивыми  комплексные  карбонатные  анионы  лантаноидов,  актиноидов 
урана, тория и бериллия. 

Таблица 15 

Коэффициенты концентрации химических элементов в океанической и 

речной воде (А.П. Виноградов, 1967) 

Элемент  Коэффициент концентрации 

в морской воде 

Элемент 

Коэффициент концен-

трации в речной воде 

Cl 

2969 

3,0 

Na 

2301 

Ag 

1,5 

Mg 

393 

Be 

560 

260 

Fe 

67 

230 

Zr 

52 

223 

Cr 

50 

Li 

150 

Pb 

30 

Rb 

100 

Al 

Sr 

80 

Ti 

Ca 

31 

Mn 

30 

Ni 

2,5 

26 

Si 

25 

Co 

Mo 

21 

Zn 

Th 

Cs 

3,7 

Cu 

1,7 

Br 

3,3 

 

 

 

Большинство  щелочных  и  щелочноземельных  элементов  присутствуют  в 

океанической воде  либо  в  виде  свободных  катионов 

Na

+

,  K

+

,  Mg

2+

,  Ca

2

+

,  либо в 

виде  не  полностью  диссоциированных  на  ионы  молекул  типа 

MgSO

4

,  CaSO

4

Многие элементы представлены в виде гидроксидов, сорбированных на частицах 
тонкой минеральной взвеси. Органические соединения иногда могут играть роль 
комплексообразователей и удерживать некоторые элементы в растворе. 

Галогены находятся в виде элементарных анионов, другие элементы (

S, B, 

P

) – в виде оксианионов типа 

SO

4

2–

, B

4

O

7

2–

, PO

4

3–

, HPO

4

2

.  


background image

 

117 

Коэффициенты относительной концентрации, вычисленные для океаниче-

ской  воды  по  отношению  к  речной  и  речной  по  отношению  к  океанической,  и 
приведенные  в  табл.  15    показывают,  что  морские  воды  больше  концентрируют 
химические элементы, чем речные. 

Содержание  газов,  растворенных  в  воде,  зависит  от  времени  года.  Летом 

воды отдают газы (

CO

2

,O

2

) в атмосферу, зимой – их поглощают. Количество рас-

творенного кислорода зависит от массы живых организмов, поглощающих кисло-
род, и водорослей, его выделяющих. По подсчетам А.П. Виноградова (1967), объ-
ем растворенных газов в Мировом океане составляет 4,32

.

10

24

см

3

, что в 3,15 раза 

превышает весь объем воды в океане (1,37

.

10

24

см

3

).  Пресные  воды  растворяют  в 

себе больше газов, чем соленые воды океана. Чем больше атомный вес газа, тем 
больше  его  растворимость,  поэтому  для  тяжелых  инертных  газов  океаническая 
вода служит природным концентратором. С повышением температуры и солено-
сти количество растворенных газов убывает. Высокая растворимость  CO

2

 

в воде 

обусловлена реакцией: 

CO

2

 + H

2

 H

2

CO

3

 

При низких температурах реакция сдвинута вправо. 
Время  пребывания  элементов  во  взвешенном,  ионном  состоянии  в  воде 

различно. Нахождение натрия сопоставимо с возрастом океана, что указывает на 
его пониженную реакционную способность. Распространенные  K, Ca, Mg содер-
жатся около 10

7

 лет, Mn – 1400 лет. Наиболее короткое время пребывания имеют 

Si и Al. Часть кремния захватывается организмами, алюминий осаждается из рас-
твора. Искусственные радиоизотопы цезия и стронция дольше пребывают в воде 
по  сравнению  с  периодом  их  полураспада.  Металлы  из  воды  удаляются  путем 
осаждения, адсорбции сульфидом железа, оксидом марганца и глинами или в ре-
зультате деятельности организмов. 

Таблица 16  

Химический состав материковых вод, масс. %, по Ф. Кларку  

(цит. по Г.В. Войткевич, В.В. Закруткин, 1976) 

Основные 

ионы 

Северная 

Америка 

Южная 

Америка 

Европа 

Азия 

Африка 

Мировое 

среднее 

CO

3

2–

 

33,4 

32,5 

40,0 

36,6 

32,8 

35,2 

SO

4

2–

 

15,3 

8,0 

12,0 

13,0 

8,7 

12,2 

Cl

 

7,4 

5,8 

3,4 

5,3 

5,7 

5,7 

SiO

2

 

8,6 

18,9 

8,7 

9,5 

17,9 

11,7 

NO

3–

 

1,2 

0,6 

0,9 

1,0 

0,6 

0,9 

Ca

2+

 

19,4 

18,9 

23,2 

21,2 

19,0 

20,4 

Mg

2+

 

4,9 

2,6 

2,4 

3,4 

2,7 

3,4 

Na

+

 

7,5 

5,0 

4,3 

6,0 

4,9 

5,8 

K

+

 

1,8 

2,0 

2,8 

2,0 

2,4 

2,1 

(Fe, 

Al)

2

O

3

 

0,7 

5,7 

2,4 

2,0 

5,5 

2,7 

 

Материковые воды (ледники, озерные, болотные, речные, подземные, тер-

мальные вулканических областей) в основном формируются за счет атмосферных 


background image

 

118 

осадков, часть их инфильтруется, пополняя подземные воды. Они соприкасаются 
с  породами,  живыми  организмами,  атмосферой,  поэтому  компонентный  состав 
материковых вод аналогичен океаническим, за исключением вод с минимальной 
минерализацией (пресных) и преобладающих катионов и анионов. Основной хи-
мический состав материковых вод 

гидрокарбонатно-кальциевый

. Закономерности 

соотношений химических элементов по материкам близкие. Выделяются Южная 
Америка и Африка повышенным содержанием в водах SiO

2

 за счет вод зоны эква-

ториальных и тропических лесов (табл. 16). 

Минерализация  материковых  вод  испытывает  сезонные  колебания:  зимой 

минерализация выше, чем в период половодий, сезона дождей или таяния ледни-
ка. В зонах избыточного увлажнения воды могут быть ультрапресные. Озера гу-
мидной  зоны  имеют  пресные  воды,  аридной  –  соленые,  чаще  хлоридно-
сульфатные.  Подземные  воды  изменяются  от  пресных  до  соленых,  некоторые 
бассейны  их  изолированы  водонепроницаемыми  осадочными  породами  и  содер-
жат очень мало свободного кислорода. 

Грунтовые  воды  – источник питания  многих  рек,  содержат  растворенный 

кислород, поэтому могут окислять сульфидные руды. Минерализация их повыша-
ется в направлении север–юг, соответственно изменяется кислая реакция в тундре 
на нейтральную и слабощелочную в зоне пустынь. 

Под  воздействием  солнечной  радиации  воды  гидросферы  находятся  в  не-

прерывном круговороте, поэтому все геосферы Земли связаны между собой. Еже-
годно сушу омывает 36380км

3

  воды и 1750 м

3

 тающей  ледниковой воды. Произ-

водится  ежегодно  большая  геохимическая  работа  по  растворению,  переносу  и 
осаждению  минеральных  и  органических  компонентов.  Океаны являются  основ-
ной зоной формирования осадочных отложений. 

 

10.1.2.

 Интенсивность водной миграции и концентрации элементов 

Для  суждения  о  миграции  химических  элементов  недостаточно  информа-

ции о содержании их в воде. А.И. Перельман предложил оценивать интенсивность 
водной миграции на основе расчета ее коэффициента (

К

х

), который представляет 

собой  отношение  содержания  элемента  в  минеральном  остатке  воды  (

М

х

)  к  его 

содержанию в водовмещающих породах или к кларку земной коры(

n

х

) и с учетом 

минерализации воды (

a

): 

x

x

x

n

a

M

К

100

 

В трещинных водах гранитоидов (табл. 17) количество 

Zn, Cu и Mo

  мень-

ше, чем 

Si

  и 

Ca.

  Из  этого  не  следует,  что  микроэлементы  мигрируют  с  меньшей 

интенсивностью.  По величине  К

х

  видно,  что 

Zn

  мигрирует  интенсивнее 

Si

  и 

Cu.

 

Интенсивность миграции Ca почти такая же, как и у 

Mo

, и оба элемента мигриру-

ют несколько слабее 

Zn.

 Таким образом, элементы  образуют следующий ряд ин-

тенсивности миграции:  

Zn > Ca > Mo > Cu > S 

Интенсивность  миграции  химических  элементов  зависит  от  многих  при-

чин: химической связи и свойств самих элементов, выветривания породы.  

Формат:

 Список


background image

 

119 

 С.Л.  Шварцев  (1978)  подсчитал 

K

x

  для  некоторых  распространенных  и 

редких элементов в подземных водах. Наибольшая интенсивность водной мигра-
ции у 

Cl

 – 644, 

Br

 – 203, I – 99; сильная интенсивность у 

Mo

 – 4,4, 

Na

 – 4,2, 

Ca

 – 

3,3, 

Mg

  –  2,3, 

F  –

  1,6

,  Sr

  –  1,2.  Другие  элементы  средне  или  слабо  мигрируют  и 

имеет величину 

K

x

 меньше единицы. 

 

Таблица 17 

Интенсивность миграции элементов в трещинных водах гранитоидов (минерали-

зация  0,5 г/л) (А.И. Перельман, 1989) 

 

Элемент 

Гранитоиды, % 

(

n

x

Воды, г/л (

М

x

K

x

 

Si 

32,0 

1,3 

.

 10

–2

 

0,08 

Ca 

1,60 

.

 10

–2

 

8,7 

Zn 

.

 10

–3

 

.

 10

–4

 

10 

Mo 

.

 10

–4

 

.

 10

–6

 

Cu 

.

 10

–3

 

2,6 

.

 10

–6

 

0,26 

 
Для  материковых 

кислородных  вод  с  активной  циркуляцией 

А.И. Перельман рассчитал ряды миграции элементов по величине 

K

x

 

(табл. 18) и 

объединил их в четыре группы. 

Таблица 18 

Ряды миграции элементов в зоне гипергенеза (А.И. Перельман, 1989) 

 

Интенсивность  

миграции 

K

x

 

Состав ряда в порядке убывания  

кларка земной коры 

Очень сильная 

.

 10 – n 

.

 100 

S, Cl, B, Br, I 

Сильная 

N – n 

.

 10 

Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo, Se, Au 

Средняя 

0,n – n 

Si, K, Mn, P, Ba, Rb, Ni, Cu, Li, Co, Cs, 
As, Tl, Ra 

Слабая  и  очень  сла-
бая 

0,0n и меньше 

Al, Fe, Ti, Zr, Th  

 
В  застойных и океанических водах величина 

K

x

  используется  для  опреде-

ления  степени  концентрации  и  рассеяния  элементов.  Очень  сильная  и  сильная 
концентрация характерна для 

Cl, Br

 и 

(табл. 19). 

Для многих систем 

K

x

 пропорционален интенсивности миграции 

P

x

M

n

Q

m

P

x

x

x

/

 

где m

x

 – среднее содержание элемента в речной воде, мг/л; 

 

n

x

  – среднее содержание элемента в породе, мг/кг; 

 

М  – масса пород, мг/кг; 

 

Q   – среднегодовой расход воды, кг. 

При сравнении водной миграции двух элементов (

x

y

) коэффициенты их 

водной миграции (

K

x

K

y

) относятся как интенсивности их миграции (

P

x

P

y

): 


background image

 

120 

y

x

y

x

K

K

P

P

 

Коэффициент водной миграции можно использовать для расчета накопле-

ния или рассеяния элемента во времени. 

 

Таблица 19 

Интенсивность концентрации и рассеяния элементов в океанических водах 

(А.И. Перельман, Е.Н. Борисенко, 1989) 

 

Интенсивность  

концентрации и 

рассеяния 

K

x

 

Состав ряда в порядке убывания  

кларка земной коры 

Очень сильная кон-
центрация 

700 – 1000000 

Сl, Br 

Сильная  концентра-
ция 

20 – 700 

Средняя  концентра-
ция 

1 – 20 

Na, Mg, I, B 

Слабое рассеяние 

0,05 – 1,0 

Co, K, Sr, Li, Ag, Mo 

Сильное рассеяние 

0,001 – 0,05 

As,  Se,  Ni,  Zn,  Cd,  Cu,  Hg,  Au,  U,  Rb, 
Cs, In, Sn, Ge, Sb, V, F, P, W, Bi 

 
Мировой  океан  выступает  как  существенный  источник  минерального  сы-

рья. Его запасы постоянно растут за счет эрозии континентов. Ежегодно в океан 
попадает ориентировочно 3,3млрд. т твердого вещества, не менее 4млн. т – осад-
ков  космогенного  происхождения.  Приток  в  океан  химических  элементов  боль-
ший, чем добывается человеком (Г.В. Лисичкин, 1998). 

Соли, извлеченные  из вод  Мирового  океана, покрыли  бы  материки слоем 

200м. На каждого жителя пришлось бы 1,2 кг золота, 4млн. т натрия. Почти поло-
вину мировой добычи магния дает океан (200 тыс. т) и 40 тыс. т брома. Йод из-
влекают из морских водорослей. 

Основным  технологическим  приемом  по  извлечению  элементов  из  мор-

ской  воды  является 

сорбция

.  В  настоящее  время  разрабатываются  крупномас-

штабные  технологии  по  сорбции  элементов  из  воды.  Подбираются  соответству-
ющие сорбенты для каждого элемента. Поэтому необходима информация о фор-
мах нахождения их в морской воде. Например, 85 % 

Cr

3+

 встречается в воде в ви-

де комплекса 

Cr(H

2

O)

4

(OH)

2

+

, 15 %  –   в виде 

CrO

4

2

, а 

Cr

6+

 на 98 % представлен 

CrO

4

2

. Уран находится в виде сложного уранил-карбонатного иона [

UO

2

(CO

3

)

3

]

4–

который может сорбироваться диоксидом титана: 

[UO

2

(CO

3

)

3

]

4–

 + TiO

2

 

.

 nH

2

O → UO

3

 

.

 TiO

2

(n – 1)H

2

O + 3CO

3

2–

 + 2H

+

 

Сорбированный уран смывается кислотой с получением раствора, пригод-

ного для гидрометаллургической переработки, а сорбент готов к дальнейшему ис-
пользованию.