9. Процессы формирования химического состава природных вод

.

Эти процессы подразделяют на 4 группы:

• перенос в-ва, осуществляемый по мех-му молек. и турбулентной диффузии, а также диффузионно-конвективного массопереноса.

• процессы, переводящие в-во в р-р;

• процессы, выводящие в-ва из р-ров;

• процессы, сочетающие воспроизводство и поглощение растворенного вещества

Все эти процессы приводят к изменению химического состава воды.

Молекулярная диффузия

Диффузия - миграция хим. в-ва под действием градиента его конц-ий(градиента хим. потенциала)

Диффузия описывается з-ми Фика: I=D* grad c I закон Фика I= – D *(dc/dx) II закон Фика

I-поток вещества, который представляет собой массу, проходящую через единицу площади в единицу времени; c- концентрация в единицах массы на единицу объема; D- коэффициент диффузии;X- линейное расстояние;t- время. grad и div – векторные операторы, которые являются локаничным способом обобщения одномерного случая до трехмерного.

«-» указывает, что поток направлен противоположно градиенту концентрации.

Первый закон применим для расчетов применительно для стационарных систем (в любой точке системы концентрация не изменяется во времени).

Второй закон применяется для систем, которые находятся в нестационарном состоянии. Коэффициенты диффузии большинства веществ в водном растворе изменяется 10^-5-10^-6 см²/c.

Диффузия в донных отложениях осуществляется через поровой раствор.(р-р наход. В порах донных отложений). Скорость диффузии в донных отложениях значительно ниже, чем в водном растворе. В природных системах диффузия ионов в донных отложениях сопровождается адсорбцией или р-ями ионного обмена между донными отложениями и р-ром.

Общим эффектом совокупности таких реакций является: снижение скорости миграции ионов, по сравнению с расчетными данными, которые относятся только к процессу диффузии.

Турбулентная диффузия

Очень часто массы поверхностных вод движутся в виде турбулентного потока, если в такой водной массе существует градиент концентрации, то процесс смешения, связанный с турбулентным движением, приводит к переносу растворенного вещества, как и при молекулярной диффузии. Математический процесс турбулентной диффузии выражается уравнениями аналогичными уравнениям закона Фика, отличие состоит в том, что коэффициент турбулентной диффузии на несколько порядков превышает коэффициент молекулярной диффузии.

Диффузионно-конвективный массоперенос

В шир. смысле под конвекцией понимают тепло- и массоперенос в движущемся потоке. Если диффузия происходит в среде, то необходимым условием конвекции является подвижность самой среды, в которой вещество перемещается массовыми потоками. В зависимости от движущей силы различают естественную и вынужденную конвекцию. При естественной конвекции перемещение вещества происходит под влиянием градиента температуры и градиента концентрации, которые вызваны различием плотностей среды. При вынужденной конвекции массоперенос главным образом обусловлен внешним побудителем и сочетает механическое и диффузионное перемещение вещества. Такого рода массоперенос наблюдается там, где имеются градиент напора и градиент концентрации растворенных веществ, благодаря которым возникают молекулярные потоки. Итогом конвективной диффузии является смешение водного состава и различной минерализации.

В зависимости от объема смешивающихся водных масс, а также от влияния других факторов. Смешение сопровождается активацией процессов массопереноса, перевода солей в раствор или вывода вещества из раствора. В итоге нарушается динамическое равновесие, установившееся между водным раствором, породой и растворенными газами. Процессы молекулярной диффузии, турбулентной диффузии и диффузионо-конвективной массопереноса являются в основном внутриводоемными процессами, т.е. происходящими в водном объекте с установившемся химическим составом.