Геохимия процессов и продуктов карбонатизации




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Геохимия процессов и продуктов карбонатизации

Геохимия процессов и продуктов карбонатизации

05.09.2017


У. Келлер определяет понятие карбонатизации как взаимодействие в процессе выветривания «карбонат (СО3в2-) или бикарбонат ионов с геологическими материалами». Мы даем этому понятию более широкое толкование, именно как геохимическому процессу, который в результате взаимодействия карбонатных и бикарбонатных ионов с горными породами приводит к образованию углекислых солей и их продуктов (карбонатов). Геохимическая сущность карбонатизации сводится к образованию природных карбонатов и их накоплению в форме минералов и пород. При этом происходит сложное взаимодействие между углеродом, кислородом, кальцием и магнием — главными элементами наиболее распространенных минералов карбонатов — кальцита, арагонита и доломита. В процессах карбонитизации в зоне гипергенеза участвуют:
1) выветривание и выщелачивание горных пород путем непосредственного действия CO2 на горные породы;
2) химические процессы, ведущие к выпадению карбонатов в осадок из растворов;
3) биогенная деятельность организмов, сопровождающаяся извлечением из воды ионов кальция, магния и углекислоты из растворов и накоплением в почвах и морских осадках карбонатного материала. Подробно эти вопросы рассмотрены в работе «Геохимические поиски элементов в зоне гипергенеза».
Декарбонатизация — это процессы выветривания горных пород, сопровождаемые выносом карбонатных продуктов из выветривающихся пород. Яркий пример декарбонатизации — красноцветные глинистые и железистые образования коры выветривания, известные под названием терраросса. Образуются они в результате выветривания карбонатных пород в условиях теплого или жаркого переменновлажного климата. Остаточные продукты характеризуются содержанием кремнезема, гидратов окиси железа и алюминия. Как геохимические образования они относятся к группе сиаллитов и сиаллито-аллитов.
Источником образования карбонатов при выветривании являются кальциевые полевые шпаты, пироксены и амфиболы в кристаллических породах, карбонатные минералы в осадочных. Они разлагаются слабыми растворами углекислоты (H2CO3) с образованием глинистых минералов и переходом Ca и других оснований в водный раствор.
Механизм химической реакции между силикатами и CO2

В результате образуются карбонаты Ca, Mg и двойной соли угольной кислоты — доломит. Аморфная кремнекислота выпадает в осадок в виде частичек размером 0,01—0,001 мм.
Бикарбонатные растворы химически очень активны — они могут растворять кварц и полевые шпаты, отлагая взамен карбонаты. Часть растворенного вещества уносится, другая переотлагается в виде вторичного кремнезема и аутигенного нароста на обломочных полевых шпатах.
В известняках, которые соприкасаются с обогащенными CO2 водами, происходит следующая реакция:

Эта реакция распадается на ряд равновесных состояний — растворяясь в воде, бикарбонаты дают щелочную реакцию, обусловленную наличием гидроксильных ионов:

В условиях равновесия количество бикарбоната, которое может быть в растворе, зависит от содержания в системе растворенного CO2.
Чем выше содержание CO2, тем ниже pH растворов, тем благоприятнее условия для химических реакций в зоне гипергенеза.
В атмосфере присутствует около 0,03 объемн. % CO2, в почвенных газах в гумидных областях обычно содержится примерно 0,5—5 объемн. % CO2, а иногда до 10—15%.
Количество CO2 в почвенных газах зависит от ряда факторов: климата, глубины залегания и типа почв, состава микроорганизмов и флоры; типа и количества органического вещества.
Содержание карбонатов в грунтовых водах гумидных областей составляет от 3 до 20 мг*моль/л. По условиям равновесия содержание бикарбоната в дождевой воде может достигнуть лишь 1,2 мг*моль/л. Поэтому большая часть растворенных в воде карбонатов образуется не из атмосферного CO2.
B продуктах выветривания карбонаты могут присутствовать в распыленном состоянии, покрывать пленкой обломочные частицы, заполнять различные трещины и ходы корней растений, а также в виде разнообразных конкреций.
Липпман и Зейбольд сообщают, что конкреции могут образовываться вскоре после отложения вмещающих слоев, когда в уплотняющемся иле возникают скопления воды в небольших пустотах, в которых карбонаты постепенно замещают воду.
В результате разложения органического вещества выделяется аммиак и создается щелочная среда, благоприятная для осаждения карбонатов. Таким образом образуются, например, конкреции, содержащие остатки рыб.
Почвенные известковистые отложения состоят из кальцита, вторичного кремнезема и обломочных частиц. В этих отложениях карбонаты выполняют роль цемента. Известковые отложения этого типа образуются в результате длительного подземного испарения почвенной влаги или испарения ее из обнажающихся пород. Эти образования характерны для аридных или полуаридных областей. Карбонатные минералы в них могут быть представлены кальцитом и доломитом.
Автор изучал содержание и формы карбонатов в третичных и четвертичных отложениях Белоруссии. Детальные материалы исследований изложены в работе «Геохимия четвертичного литогенеза». Здесь приводятся лишь некоторые обобщения по этому вопросу.
Образование карбонатных накоплений (озерные и луговые мергели и другие карбонатные породы) зависело не только от состава подстилающих пород, а определялось общеландшафтными условиями и условиями гипергенеза. Накопление карбонатов (часто в виде мощных карбонатных кор) является характерной чертой гипергенеза плиоцена во многих районах мира, в том числе и Белоруссии. Наибольшее количество карбонатных пород, эродированных ледником, наблюдается в миндельских моренах Белоруссии.
Процесс накопления карбонатного материала в озерных водоемах в межледниковые периоды и в голоцене происходил как путем механического осаждения карбонатной взвеси из разгружающихся в местных бассейнах седиментации водотоков, так и путем процесса химического карбонатообразования. Процессы карбонатонакопления находятся в тесной зависимости от развития и накопления органического вещества.
Высокая результативность карбонатонакопления отмечается в бореальном периоде в голоцене и обусловлена оптимальным сочетанием внешних условий поступления и внутренних гидрохимических условий выпадения кальция из раствора.
Основная масса карбонатов в четвертичных отложениях сингенетическая по своему происхождению. Карбонаты являются продуктом разрушения карбонатных пород древних — дочетвертичных систем и накопления их в генетических типах четвертичных отложений ледниковым переносом, флювиогляциальными и аллювиальными потоками.
Карбонаты вторичного происхождения также занимают видное место в составе ряда генетических типов отложений: моренах, лессовых отложениях, озерных осадках. Они представлены карбонатными новообразованиями, а также присутствуют в породах в рассеянном состоянии.
Можно выделить три основные формы нахождения карбонатных соединений в отложениях четвертичной толщи: в форме остаточных (сингенетических) минералов (кальцит, доломит, менее арагонит, анкерит, магнезит, сидерит и др.); вторичных минералов диагенетического происхождения (вторичные кальцит, доломит); ионных и коллоидных карбонатных растворов.
Интересные материалы по изучению условий современного карбонатообразования в озерных бассейнах Белоруссии содержатся в ряде работ К.И. Лукашева с сотрудниками.

В табл. 3 приводятся данные, полученные на основании изучения системы карбонатно-кальциевых равновесий, ее динамики в зависимости от сезонных изменений температуры, концентрации ионов Н, HCO3, Ca, учета общей минерализации и органического вещества в объеме водной массы и др.
Равновесные условия, согласно полученным аналитическим и расчетным данным, характеризуются неустойчивым в годичном цикле состоянием, при котором в теплый период происходит образование CaCO3 (CO2 своб. < СО2 равнов., S/St > 1), в холодный — растворение, сопровождающееся ростом концентраций CO2 своб. до агрессивных значений, падением pH, увеличением концентрации Ca(HCO3)2 в воде.
Стабильный сдвиг карбонатно-кальциевого равновесия в сторону образования либо растворения CaCO3 отражает ландшафтно-геохимические особенности водосбора, стадийные изменения развития озерного водоема, геохимическую роль его живого и отмершего органического вещества.
Содержание CaCO3 в осадках, соответствующих равновесным условиям, не превышает 20%. Положительные условия характеризуются накоплением карбонатных отложений, отрицательные — отсутствием карбонатного вещества в составе донных осадков.