ро, что кинетика процесса в целом определяется скоростью вымывания водными потоками.

Биотические факторы. Присутствие почвенного органического вещества и его разложение микроорганизмами сильно увеличивает концентрацию СО2, придавая кислотность и усиливая скорость гипергенеза.

Наличие почвы как таковой также влияет на скорость выветривания. Это связано с процессами водоудерживания, водопроницаемости и т. д. Одним из важных факторов являются живые организмы, например дождевые черви, личинки и пр.

Выводы

•Большая емкость катионного обмена смектитов позволяет использовать их в качестве сорбентов для очистки сточных вод и почв. Были предложены новые материалы на основе модифицированных смектитов и сурфактантов (поверхностно активных агентов), способные весьма эффективно сорбировать различные неорганические и органические загрязнители.

•Почвообразованием называется сложный природный процесс перехода горной породы в качественно новое состояние. Этот процесс протекает при взаимодействии минерального вещества земной коры с живыми организмами и продуктами их жизнедеятельности.

•К числу факторов, влияющих на скорость гипергенеза горных пород и процессов почвообразования, относятся: рельеф местности, климат (осадки, температура), состав воды, тип материнской породы, кинетика реакций отдельных минералов, а также биотические факторы.

Контрольные вопросы

1.Назвать примеры сурфактантов.

2.Перечислить свойства смектитовых глин, позволяющих использовать их для получения сорбентов.

3.Дать определение процесса почвообразования.

4.Какие факторы влияют на процесс выветривания горных пород?

5.Какие факторы повышают скорость гипергенеза, а какие уменьшают?

6.Какой из двух минералов будет выветриваться с большей скоростью: оливин или

кварц?

Лекция 18 (тема 5)

План лекции

1.Механизмы гипергенеза.

2.Окислительно-восстановительные реакции.

3.Кислотный гидролиз.

1. Механизмы гипергенеза

Известны различные механизмы химического выветривания, разнообразные сочетания которых действуют одновременно в ходе процессов разрушения большинства пород и минералов.

Простейшая реакция выветривания — это растворение минералов. Молекула воды эффективна при разрыве ионных связей, например таких, которые

81

соединяют ионы натрия (Na+) и хлора (Сl–) в галите (каменная соль). Мы можем выразить растворение галита упрощенно, т. е.

NaCl(тв) + Н2О → Na+ + Cl– + Н+ + OH–.

Это реакция диссоциации галита на свободные ионы с образованием раствора электролита. В ней не участвуют ионы водорода (Н+), т. е. процесс не зависит от рН.

2. Окислительно-восстановительные реакции

Свободный кислород играет большую роль при разложении веществ в восстановленной форме. Например, окисление восстановленного железа (Fe2+) и серы (S) в обычном сульфиде, пирите (FeS2) приводит к образованию сильной серной кислоты (H2SO4):

2FeS2(тв) + 7,5O2 + 7Н2О → 2Fe(OH)3(тв) + 4H2SO4.

Сульфиды часто встречаются в алеврито-глинистых породах, рудных жилах и угольных отложениях. При разработке рудных и угольных месторождений сульфид остается в отработанной породе, которая накапливается в отвалах. Такие отвалы пустой породы имеют большие поверхности, подверженные влиянию атмосферы, где окисление сульфидов происходит быстро и в больших масштабах. Кроме того, заброшенные рудные выработки быстро затопляются грунтовыми водами. Образование серной кислоты делает дренажные воды с заброшенных рудников сильно кислыми (рН до 1 или 2). Такая кислотность может увеличить растворимость алюминия и стать причиной токсичности для водных экосистем. В окисление сульфидов вовлечены микроорганизмы, что можно моделировать рядом реакции. Ниже представлен процесс окисления пирита:

2FeS2(тв) + 7O2 + 2Н2О(ж) → 4Н(+водн) + 2Fe(2водн+ ) + 4SO24−(водн).

Затем следует окисление закисного железа [Fe(II)] в окисное [Fe(III)]:

4Fe(2водн+ ) + O2(г) + 10Н2О(ж) → 4Fe(OH)3(тв) + 8Н(+водн).

Окисление происходит очень медленно при низких значениях рН кислых рудниковых вод. Однако при рН ниже 3,5 окисление железа катализируется железобактерией Thiobacillus thiooxidans. При рН 3,5–4,5 окисление катализирует Metallogenium. Окисное железо может далее взаимодействовать с пиритом:

FeS2(тв) + 14Fe3(водн+ ) + 8Н2О(ж) → 16Н(+водн) + 15Fe(2водн+ ) + 2SO24−(водн).

При значениях рН намного выше 3 железо (III) осаждается как обычный оксид железа (III), гетит (FeOOH):

Fe3(водн+ ) + 2Н2О(ж) → Fe(OOH)(тв) + 3Н(+водн).

Осажденный гетит покрывает дно ручьев и кирпичную кладку в виде характерного желто-оранжевого налета. Бактерии используют соединения железа

82