Геохимические типы вод в земной коре

Кислородные воды формируются в условиях доступа к ним кислорода, поэтому для них характерна резко окислительная обстановка. Такие воды обычно образуются на поверхности или в трещиноватой зоне земной коры.

Глеевые водыформируются при резко выраженном недостатке в них кислорода. Это происходит, если доступ кислорода в нижние слои почв затруднен (вечная мерзлота, заболачивание). В результате деятельности анаэробных бактерий происходит восстановление многих химических элементов и образуются ионы и химические соединения с ярко выраженными восстановительными свойствами (Fe²⁺, H₂S, NH₃).

Сильнокислая cреда (рН < 3) кислородных вод связана с наличием в них свободной серной кислоты H₂SO₄, образующейся в результате окисления сульфидных минералов:

MeS+H₂O+O₂H₂SO₄+MeSO₄ Воды сильнокислого класса распространены сравнительно мало. Они известны в районах сульфидных месторождений, где окисление сульфидов, в первую очередь пирита, приводит к формированию сернокислых вод, имеющих не только низкий рН, но и обогащенных металлами. В таких районах встречаются сернокислые ("купоросные") озера. Одно из подобных озер расположено вблизи Гайского медноколчеданного месторождения на Южном Урале.

Область циркуляции приповерхностных вод в районах сульфидных месторождений разделяется на 3 зоны (рис. 5). Верхняя зона аэрации или просачивания характеризуется насыщенностью кислородом и углекислотой. Ниже расположена зона активного водообмена с существенно меньшим количеством растворенного кислорода. Еще ниже находится зона застойных вод, практически не содержащих свободного кислорода.

В зоне окисления сульфидных руд отмечаются следующие минеральные подзоны (рис.5.):

1.Железная шляпа;

2.Подзоны кварц-ярзитовой и кварц-баритово-колчеданной сыпучки,

3.Подзона богатых окисленных руд;

4.Подзона первичных сульфидных руд.

В зонах водообмена и просачивания реализуется сильно кислая среда.

В качестве примера возникновения сильнокислой среды в этих зонах можно привести реакцию окисления пирита: 2FeS₂+ 2H₂O+ 7O₂→2FeSO₄+ 2H₂SO₄

12 FeSO₄ + 3O₂ + 6H₂O →4 Fe₂(SO₄)₃ + 4Fe(OH)₃

Сульфат железа как соль слабого основания и сильной кислоты легко поддается гидролизу:

Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄

Образование лимонита, конечного продукта этих реакций, при которых OHзаимствуется из порового раствора, приводит к нарушению соотношения Н⁺иOH^- в растворе в пользу ионов водорода и возникновению ореола с сильно кислой средой.

Сернокислые ручьи и речки характерны и для районов некоторых угольных шахт. Они связаны с водоотливом шахтных вод и подотвальными водами, кислотность которых связана с окислением содержащегося в угле пирита.

В районах современного вулканизма (Курилы, Япония, Индонезия) формируются сильнокислые термальные подземные воды, а в местах их выхода на поверхность - кислые реки. Кислотность таких вод связана с растворением в них хлористого водорода и других вулканических газов.

Парагенезисы сульфидов и продуктов их окисления в зависимости от EhиpHсреды приведены на рис. 6.

А Б

Рис. 5. А)Схема соотношения измененной части рудного тела и зон циркуляции приповерхностных вод. Б) Схематический разрез зоны окисления сульфидного месторождения и вмещающих алюмосиликатных пород.

1- железная шляпа, 2 – кварц-ярозитовая сыпучка, 3 – кварц-барит-колчеданная сыпучка, 4 – богатые окисленные руды, 5 – подзона вторичного сульфидного обогащения, 6 – первичные сульфидные руды, 7-11 подзоны (латеритно-каолинитовая. 8 – гидрослюдисто-каолинитовая, 9 - каолинит-гидрослюдистая, 10 - гидрослюдистая, 11 – дресвяно-щебенистая), 12 – коренные материнские породы.

Кислые и слабокислые воды (рН = 3 - 6.5)связаны с растворенной в воде угольной кислотой:CO₂+H₂OH⁺+HCO₃^-2H⁺+CO₃^2-, а также с органическими кислотами (гумусовые и фульвокислоты), образующимися при неполной минерализации отмершего растительного вещества.

Нейтральные и слабощелочные воды(рН = 6.5 - 8) связаны с избытком иона кальция, нейтрализующего ( связывающего в нерастворимые соединения) углекислоту и органические кислоты:

Ca(HCO₃)₂+CO₂CaCO₃+H₂O

Сильнощелочные воды (рН > 8)образуются при наличии в них карбоната натрия (соды), который в результате реакции гидролиза формирует щелочную среду:

Na₂CO₃ + H₂O  NaOH + NaHCO₃

Рис. 6. Сводная диаграмма устойчивости парагенезисов групп рудных сульфидов и продуктов их окисления при 25⁰С.