Миграция химических элементов в подземных водах

1. Факторы миграции. Перемещение различных элементов в различных средах земли. Рассеяние на одних участках и концентрация на других. Ферсман в 1923 году предложил понятие миграция химических элементов. Фазовые состояния: магматический состав, жидкость, органическое вещество. Перемещение химических элементов(атомов) связано со стремлением системы к энергетическому равновесию. В сторону образования веществ с наименьшим запасом свободной энергии. Кларк. Нормы распространения отдельного элемента в земной коре , литосфере, атмосфере является кларк. Американский геохимик Кларк(1847-1931гг.). рассчитал содержания в земной коре. преобладающие элементы в земной коре: O₂- 470000 г/т, Si- 305400 г/т, Al- 78300 г/т, Fe- 35400 г/т. Миграция химических элементов зависит от строения атомов их соединений, а так же от среды в которой происходит миграция. Минерализация меняется. факторы миграции разделяют на 2 группы: внутренние и внешние. Внутренние факторы миграции: свойства химической связи элементов и соединений. эти свойства проявляются в способности элементов или соединений противостоять силам направленным к разобщению их атомов, ионов и молекул. Возможность разобщения частиц связана с энергией кристаллической решётки. Есть решётки молекулярные и ионные. Ионные сообщения обладают низкой миграционной способностью. Низкая миграционная способность.

Свойства химических соединений зависят

1. 1. во первых от температуры кристаллизации минералов. Чем выше температура при которой происходит выпадение вещества из раствора там устойчивее образующиеся соединения.

2. Способность химических соединений вступать в соединения с кислородом, серой и другими элементами.

3. От характера связи с кислородом и другими элементами. При большей валентности миграционная способность ниже.

4. От атомной массы элементов(чем больше масса тем хуже миграция).

5. От величины ионных радиусов(чем больше радиус тем хуже миграция).

6. Так же к внутренним относят гравитационные свойства атомов( чем тяжелее тем ниже).

7. Радиоактивные свойства атомов вызваны сложностью и неустойчивостью атомов, ядер отдельных химических элементов. Проявляется в непрерывном уменьшении количества радиоактивных элементов при их распаде.

Внешние: это параметры характеризующие среду, в которой перемещаются химические элементы.

1. 1. Это концентрация водного раствора(большинство химических элементов хорошо мигрируют при не высокой концентрации водного раствора, т.е. с увеличением концентрации миграция ослабевает).

2. Это величина показателя pH(в зависимости от величины pH способность мигрировать изменяется у химических элементов. При pH<5 хорошо мигрируют U, Pb, Sn, Mn, Cu, Al. Значения pHиспользуют как поисковый признак на рудные МПИ. Кровь человека- pH=7,36).

3. Eh: зависит от наличия в воде свободно кислорода, водорода, от наличия серы, железа, марганца и органических соединений.

4. Температура- предел изменения в земной коре: максимальная +1500+1800, минимальная -85. При понижении температуры происходит дифференциация химических элементов. При повышении идёт процесс интеграции. Для большинства веществ миграционная способность увеличивается.

5. Давление: предел изменения в верхней оболочке. Нижний предел – атмосферное давление; верхний предел 3000 атмосфер- 30км. Установлено что при понижении давления увеличивается миграция летучих соединений. Формируются гидротермальные месторождения.

2. Формы миграции. В настоящее время не для всех компонентов известны формы миграции. причина: отсутствие аналитических методов раздельного определения ряда форм которые находятся в воде. 3 основные формы миграции вещества в воде: растворённое, коллоидная, взвешенная форма. Растворенная форма- размеры частиц не более 10^-9метра. Коллоидная- 10^-9-10^-6. Взвешенная > 10^-6. Есть ионные растворы или электролиты; молекулярные растворы(не электролиты). Ионные отличаются концентрацией растворённых веществ. Ионы принято разделять на простые и сложные. Способность электролитов образовывать простые или сложные ионы зависит от валентности ионов, от его радиуса. Гольдшмидт разделил элементы на 3 группы в зависимости от того в какой форме и среде они мигрируют:

   1. Элементы мигрирующие в виде простых ионов в любой среде(кислой, щелочной). Cs, Rb, K, Na, Li, Ba, Ca, Mg, Sr. В слабокислой и кислой: Co, Cu, Mn, Zn, Ni, Fe и другие.

   2. Элементы мигрирующие в виде гидратов-окислов в щелочной среде: V, Cr, Zr, Al, Be, Ti и другие.

   3. Элементы мигрирующие в виде сложных анионов в любой среде: SO₄, CO₃, NO₃ и другие.

Характерно для подземных вод верхних водоносных горизонтов. Отличительная черта- медленное рассеяние, термодинамическая неустойчивость, т.е. из коллоидного состояния могут выпасть в осадок. Благоприятные условия: слабокислая или слабощелочная среда; низкая или высокая концентрация(ультрапресные или рассолы); наличие свободного кислорода, угольной кислоты. Почти все химические соединения могут мигрировать в такой форме. Наиболее типично для Si, Al, Mn, Fe, C, S, As. Количество взвешенных частиц как правило не превышает 1-10мг/л в подземной воде.

3. Интенсивность и контрастность миграции. Для оценки интенсивности миграции использование кларк концентрация - отношение среднего содержания элемента в данной системек кларку его в земле. Нормальная или фоновая концентрация если кларк концентрация равна 1. Повышенная если К>1, пониженная если К<1. Bi- кларк-концентрация 1300000. Чем выше кларки концентрации тем активнее мигрируют химические элементы. Полынов предложил ряды миграции, предложил сопоставлять средний состав горных пород со средним химическим составом речных вод в которых доминируют эти породы.