Миграция фтора в природных системах.

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Поведение фтора в зоне гипергенеза определяется внутренними и внешними факторами. В целом гипергенная миграционная способность фтора в гипергенных условиях высокая и соответствует миграции энергично и легко выносимых элементов [28]. Фтор, независимо от типа литогенеза, достаточно активно выносится из горных пород и поступает в водоемы стока в виде взвешенных, коллоидных и растворенных форм. Во взвешенных формах обычно преобладают механические частицы фторсодержащих минералов, коллоиды сорбируют фтор, а растворенные формы чаще всего представлены фторид-ионом и комплексным соединением фтора. Соотношение указанных видов (форм) миграции во многом определяется растворимостью фторсодежащих минералов. Поступление фтора в местные и конечные бассейны аккумуляции в составе атмосферных выпадений и космической пыли незначительно. Атмосферный источник поступления может быть существенным в вулканических районах, где важную роль играет газообразная форма миграции фтора.

По интенсивности растворения фторидов и фторсодержащих минералов в гипергенных условиях выстраиается (по убыванию) следующий ряд [84]: CsF (839000 мг/л) – RbF (743000) – KF (334000) – NaF (39746) – AlF₃ (5685) – Na₃AlF₆ (2850) – BaF₂ (1591) – LiF (1415) – SrF₂ (1197) – Ca₁₀(PO₄)₆F₂ (350) – MgF₂ (108) – CaF₂ (17.86 мг/л). Особое влияние на растворение фторидов и фторсодержащих минералов оказывает органическое вещество природных вод, его состав и физико-химические условия взаимодействия вод с вмещающими породами. Увеличение солей натрия в растворе способствует миграции фтора, тогда как соли CaCO₃ и MgSO₄ оказывают подавляющее действие. [33]

На дифференциацию и интеграцию фтора в воде и контактирующих с ней горных породах существенное влияние оказывают также сорбционно-десорбционные процессы. Величина десорбции фтора зависит от первичного содержания его в породе, типа породы и состава контактирующего с ней раствора. Нормальные значения рН (5,8 – 6,5) не оказывают решающего влияния на процессы десорбции фтора горными породами. В слабоминерализованной воде десорбция этого элемента из пород несколько увеличивается и зависит в большей степени от содержания в растворе Са²⁺, СО₃²⁻, а также рН. Величина десорбции породами изменяется в следующей последовательности: известняки (10 – 16 г/т), алевриты, аргиллиты (8 - 22), песчаники (6 - 27), глины (27), ангидриды (27), фосфориты (30 г/т). Для многих осадочных пород прослеживается обратная зависимость величины десорбции фтора от количества глинистых частиц, содержащихся в породе. Величина адсорбции фтора горными породами уменьшается в раду: глина – аргиллиты, алевролиты – известняки, песчаники. Коэффициент адсорбции увеличивается от дерновых пород к более молодым, обладающих большей активной поверхностью. Фтор сорбируется карбонатами и особенно глинистыми минералами, причем максимальная сорбция (до 1,2 %)была установлена для монтмориллонита. [34]

Фтор – типичный аниогенный элемент. В зоне гипергенеза он концентрируется на сорбционных (в широком диапазоне окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий) и испарительных (в кислородных и сероводородных водах при рН > 6,6; в глеевых при рН > 8,5) барьерах. На интенсивность миграции фтора и на условия его осаждения из природных вод определяющее влияние оказывают свойства самого элемента, в частности, исключительная способность его иона к комплексообразованию и возможность образования труднорастворимого флюорита. Значение имеет также форма нахождения фтора в растворе. В растворах с сильнокислой реакцией (рН < 2) F и Са могут существовать в растворенном виде даже при высоких величинах активности их ионов. В таких условиях фтор в основном присутствует в виде комплексов с Al³⁺, Fe³⁺ и В, а также в виде недиссоциируемой HF и ее полимеров. В растворах с РН 2 – 6 образование недиссоциируемой HF ограничено и возможно лишь образование комплексов фтора с Al и Fe, причем фторалюминиевые комплексы формируются даже в тех условиях, когда ионы Са и F присутствуют в количествах, превышающих растворимость флюорита. При рН 6 – 7 образование комплексов фтора с Al и Fe маловероятно из-за формирования гидратированных соединений последних. В нейтральных и слабощелочных растворах миграция фтора определяется активностью ионов кальция. В сильнощелочных условиях активность Са низка, поэтому величина активности F может достигать высоких значений. [13, 28, 37]

Осаждение флюорита в основном происходит из слабокислых растворов при достаточной активности ионов F и Са. Из сильнокислых растворов выпадение CaF₂ при достаточной активности ионов Са и F может происходть с ростом значений рН и при разложении фторидных комплексов. Из нейтральных и слабощелочных растворов флюорит способен выпадать либо при нарушении карбонатного равновесия, либо при повышении рН, причем оба процесса ведут к уменьшению активности ионов кальция. В условиях жаркого сухого климата происходит испарительная концентрация фтора, поступающего в процессе выветривания горных пород и с атмосферными выпадениями. В водах зоны гипергенеза фтор мигрирует в широком диапазоне значений рН и Еh, при этом интенсивность его миграции мало зависит от окислительно-восстановительного потенциала среды, во многом определяясь кислотно-щелочными условиями. Фторид-ион, являясь сильным лигандом, может образовывать комплексные соединеия со многимо элементами (Th, U, Zr, Mn, Al, Si, Fe, Ca, Mg, B, Be, Sc, Nb и др.). Наиболее устойчивые комплексы формируются при рН < 7, что значительно усиливает миграционную способность фтора [100]. В природных водах фтор аходится главным образом в виде фториона F^¯ и комплексных ионов[53]. Миграционная способность фтора в природных водах в значительной степени зависит от содержания в них ионов кальция, которые образуют с ионом фтора малорастворимый СаF₂ и подавляют извлечение галогена из горных пород. Щелочной характер вод способствует увеличению подвижности фтора. Для вод с повышенным содержанием сульфатов характерны более высокие концентрации фтора [35].

Взаимодействие фтора с органическим веществом природных вод изучена слабо. Экспериментальные исследования показали, что роль органического вещества в миграции фтора может быть значимой. В кислой среде (рН = 3,5) миграции фтора способствуют фульвокислоты, образующие разнолигандные, хорошо растворимые комплексы типа ФК – Ме – F, в нейтральных и щелочных средах (рН ~ 6 – 11) – гуминовые кислоты [36].

Выделяется три резко различающихся по особенностям геохимического поведения фтора группы природных ландшафтов: 1) гумидные ландшафты на породах с кларковым содержанием фтора; 2) аридные ландшафты на аналогичных породах; 3) вулканические ландшафты и ландшафты на горных породах, сильно обогащенных фтором [37].

В гумидных ландшафтах для фтора характерна энергичная водная миграция, причем важнейшим его источниками служат атмосферные осадки и горные породы. В почвах непосредственным источником этого элемента часто являются разлагающиеся органические остатки. Кислая среда благоприятствует вымыванию фтора из почв [38].

В аридных ландшафтах почвы и континентальные отложения всегда богаты кальцием, что снижает миграцию фтора. В элювиальных почвах степей и пустынь этот элемент менее подвижен, чем в кислых почвах. Тем не менее фтор способен выщелачиваться из верхних горизонтов аридных почв вместе с кальцием и концентрироваться на карбонатном барьере, главным образом, в иллювиально-карбонатном горизонте. Фтор малоподвижен в карбонатной коре выветривания [28].

В вулканических ландшафтах история фтора в зоне гипергенеза тесно связана с вулканизмом, причем в аридном климате фтор надолго задерживается в ландшафтах, в гумидном сравнительно активно включается в миграционные цепи, особенно со стоком вод [37].

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры