Классы водной миграции

По сочетанию кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий и наличию типоморфных элементов (геохимических диктаторов) А. И. Перельман выделил классы водной миграции элементов (см. табл. 4.2). Среди типоморфных элементов, формирующих классы, выделяются катионы – Н+, Ca2+, Na2+, Fe2+; анионы – 24 SO ,− Cl–, OH–, H2S. Они определяют миграцию элементов при соответствующем сочетании кислотно-щелочных и окислительно-вос-становительных условий, поэтому такие ионы называют геохимическими диктаторами. Например, для кислых условий роль геохимического диктатора выполняет ион водорода, для щелочных – ион натрия, для восстановительно-глеевых – ион двухвалентного железа.

Сернокислый класс водной миграции (Н+, 24 SO −) формируется при сильнокислой реакции среды и окислительной геохимической обстановке (Eh > 0,2 В). Встречается среди участков с сульфидными породами, которые постепенно окисляются с образованием серной кислоты. Некоторые вулканические извержения богаты Н+, Cl–, поэтому выделяется солянокислый класс. С уменьшением кислотности до рН 4–5 типоморфным элементом является ион водорода и господствует  кислый  (Н+)  класс, при слабокислой реакции –  кислый кальциевый  (Н+, Cа2+)  класс. В условиях нейтральной реакции среды (рН = 7) и окислительной обстановке (Eh более 0,2 В) выделяют кальциевый (Са2+) класс. Слабощелочные и щелочные условия и окислительная обстановка в зависимости от наличия соединений типоморфных ионов могут формировать кальциево-натриевый (Са2+, Na+), гипсовый (Са2+, 24 SO −) или соленосный (Na+, Cl–, 24 SO −) классы. Редко встречается содовый (Na+, OH–) класс при сильнощелочной реакции.

 В восстановительно-глеевой обстановке  (Eh 0–0,2 В) при смене кислотно-щелочных условий выделяются те же классы, что и в окислительной, но с добавлением типоморфного элемента Fe2+ – индикатора глеевой обстановки. В название классов включается термин глеевый. Например, кислый глеевый (Н+, Fe2+) или гипсово-глеевый (Са2+, 24 SO ,− Fe2+) классы.

Восстановительно-глеевая сероводородная обстановка (Eh < 0 В) формирует те же классы, что и окислительная, но с добавлением H2S как типоморфного соединения. Например,  сернокислый сульфидный (Н+, 24 SO ,− H2S) или карбонатный сульфидный (Са2+, H2S) классы.

По классу водной миграции можно устанавливать миграцию, концентрацию или рассеяние других элементов в зависимости от их внутренних свойств и действующих внешних факторов в различных геосферах и природных зонах. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия примечательны в геохимии и геологии тем, что их сочетания устанавливают поля устойчивости минералов, т. е. влияют на образование тех или иных минералов. Для заданной температуры, концентрации раствора и давления Р. М. Гаррелс и Ч. Л. Крайст [12] составили Eh–рН-диаграммы полей устойчивости минералов для ряда элементов. Из диаграммы, составленной для соединений железа (рис. 4.1), можно заключить, что в зависимости от сочетания геохимических параметров Eh и рН в морской воде при температуре 25 °С и достаточной концентрации железа происходит образование  различных устойчивых минералов: гематита (Fe2O3), сидерита (FeCO3 или пирита (FeS2). Eh–рН-диаграммы могут служить (с использованием поправочных коэффициентов) информационным материалом для прогнозирования минералообразования, а также для реконструкции палеогеохимической обстановки по зафиксированным минералам. Например, пирит устойчив при Еh – 0,15 В и рН 6–8 и неустойчив при Eh 0,12 В и рН 6–7, так как происходит его окисление и переход в растворимый сульфат Fe2SO4. В тундре и северной тайге устойчивость пирита определяет низкая температура.  Р. М. Гаррелс и Ч. Л. Крайст разработали аналогичные диаграммы и для других химических элементов.