Файл: Бабинец А.Е. Гидрогеологические и геохимические особенности глубоководных отложений Черного моря.pdf

pa несколько выше, чем соответствующего образца осадка; разность значений pH колеблется в пределах 0,07—0,36, составляя в сред­ нем 0,23.

Суспензионный эффект в морских илах исследовала А. А. Железнова [109]. Некоторые из полученных ею данных о донных осад­ ках Черного моря и их поровых растворах приведены в табл. 15. Сопоставляя табл. 14 и 15, можно отметить хорошее совпадение на­ ших результатов и данных А. А. Железновой.

Для объяснения сущности суспензионного эффекта при измерении pH морских осадков и отжатых из них поровых растворов А. А. Железнова использовала имеющиеся в литературе сведения и предполо­ жения о суспензионном эффекте, проявляющемся при отстаивании суспензий. Она отмечала разницу между pH в осадке и в жидкости над ним. Обобщив литературные данные, А. А. Железнова при­ шла к выводу, что суспензионный эффект обусловлен, с одной стороны,

соединения насыщенного KCl-мостика с суспензией 1109]. Однако при измерении pH разделить общую разность потенциалов на мем­ бранную и диффузионную составляющие невозможно. Такое объяс­ нение суспензионного эффекта, по-видимому, вполне приемлемо для наблюдающегося различия в pH придонной морской воды и верхнего слоя осадка.

Различие в pH более глубоких слоев осадка и отжатого из него порового раствора можно объяснить исходя из особенностей мине­ рального и гранулометрического состава осадков. Известно, что дисперсные частицы глинистых минералов хорошо адсорбируют ка­ тионы из раствора.

Вслучае связывания ионов водорода поверхностью дисперсных минеральных частиц содержание ионов водорода в растворе будет снижаться, a pH его при этом должно увеличиваться. При измерении pH осадка стеклянный электрод находится под влиянием ионов водо­ рода, имеющихся в растворе, а также адсорбированных на повер­ хности прилегающих к электроду минеральных частиц. В этом случае измеряемая величина pH будет несколько меньше, чем pH отжатого порового раствора.

Вглубоководных осадках глинистые минералы, как правило, находятся в тонкодисперсном состоянии, и их эффективная повер­ хность может превышать поверхность других минеральных компо­ нентов осадка даже при небольшом содержании. Тем самым почти всегда обеспечивается преимущественное поглощение ионов водорода по сравнению с ионами гидроксила.

Такое истолкование суспензионного эффекта в глубоководных осадках подтверждается данными по измерению pH порового раство­ ра, последовательно отжимаемого из глинистых пород; pH первой фракции отжимаемого раствора выше, чем pH второй фракции. По нашему мнению, уменьшение pH в последующих фракциях свиде-

101

тельствует о повышении концентрации водородных ионов в слое по­ рового раствора, прилегающем к поверхности твердой фазы, что является следствием адсорбции ионов Н + отрицательно заряженной поверхностью частиц глинистых минералов.

Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) характеризует состояние равновесных окислительно-восстановительных систем в осадках, существование которых обусловлено наличием химиче­ ских соединений, содержащих элементы с переменной валентностью (серу, железо, марганец и др.). Под влиянием растворенного кисло-

рода, сероводорода и углекислого газа, количества и качества орга­ нического вещества, дисперсности осадков и некоторых других фак­ торов равновесие в таких системах может смещаться в ту или иную сторону, обеспечивая тем самым либо окислительные, либо восста­ новительные свойства среды.

Зараженная сероводородом глубинная водная масса Черного мо­ ря препятствует проникновению кислорода в придонные воды и осад­ ки. В связи с этим в глубоководных осадках Черного моря существу­ ют восстановительные условия.

Окислительно-восстановительный потенциал в осадках Черного моря определяли многие исследователи [253—255]. Измерения вы-

102

полнялись электрометрическим методом с применением платинового и каломельного электродов без доступа воздуха к образцам. Резуль­ таты измерения Eh, полученные О. В. Шишкиной, приведены в табл. 16. Сопоставление их с данными о содержании сероводорода и различных форм соединений серы в осадках, имеющимися в литера­ туре [71—78], позволяет считать установленными следующие особен­ ности. Современным и древнечерноморским глубоководным осадкам обычно присущи резко выраженные восстановительные условия. Для них характерен зеленовато-серый цвет, наличие восстановлен­ ных соединений серы и железа, свободного сероводорода. Eh со­ временных и древнечерноморских отложений имеет отрицательное значение, около —200 мв. С глубиной в осадке абсолютная величи­ на Eh уменьшается.

Для новоэвксинских отложений характерна более плотная кон­ систенция, светлый голубовато-серый цвет, невысокое содержание органического ^углерода. В новоэвксинских илах свободного серо­ водорода обычно нет, и Eh принимает небольшие по абсолютной величине отрицательные или даже положительные значения.

На химические и физико-химические процессы, обусловливаю­ щие pH и Eh осадка, накладывается влияние геостатического уплот­ нения. Взаимодействие ионов с молекулами воды в уплотняющемся осадке, согласно структурной теории, может сказываться на хими­ ческом составе порового раствора.

При выжимании порового раствора из осадка ионы, снижающие вязкость воды и повышающие ее структурную температуру и дав­ ление, удаляются быстрее остальных. Это, как уже упоминалось, катионы натрия и калия, которым свойственна низкая энергия гид­ ратации, а также отрицательно гидратирующиеся анионы хлора. В остающейся части порового раствора задерживаются ионы, упроч­ няющие структуру воды. Таковы положительно гидратирующиеся катионы С а 2 + и анионы SO^- . Следует заметить, что йод в анион­ ной форме гидратируется отрицательно и стремится уйти из уплот­ няющегося осадка с начальными порциями отжимаемого порового раствора, а анион фтора, напротив, гидратируется положитель­ но и задерживается в осадке. При этом органические вещества, по-видимому, играют большую роль в связывании этих компо­ нентов.

Такие предположения подтверждаются работами исследовате­ лей, изучавших состав поровых растворов в процессе отпрессовывания их из глинистых пород [129]. Установлено, что при отжатии поровых вод из глинистых пород минерализация отдельных порций воды при различных нагрузках неодинакова. Более минерализован­ ными всегда бывают первые порции, отжимаемые при меньшей на­ грузке, а менее минерализованы последние, отжимаемые при боль­ шой нагрузке.

Отжимающаяся по мере уплотнения вода выносит растворенные соли, уходящие с некоторым опережением выноса воды. В последую­ щих фракциях порового раствора наблюдается относительное уве-

103

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ДОННЫХ ОСАДКАХ ЧЕРНОГО МОРЯ

Выбор комплекса элементов и метода анализа. Стоя­ щая перед нами задача — охарактеризовать современное распреде­ ление малых элементов в исследуемых осадках — обусловила вы­

Из малых элементов нас интересовали прежде всего те, о кото­ рых имеется больше всего материала для сопоставления. В итоге были выбраны следующие: 1) литофильные — Zr, Ва, Sr, Be; 2) сидерофильные — Ni, Со, Ti, V, Cr, Mo, Mn; 3) халькофильные — Pb, Cu, Ga.

В донных осадках их можно определять методами химического, колориметрического, полярографического, спектрального и других

одновременно и быстро многие элементы, т. е. от экспрессности анализа. Быстрота и простота, высокая чувствительность и точность определения низких концентраций многих элементов позволили нам отдать предпочтение спектральному методу при выполнении мас­ совых анализов таких проб сложного многокомпонентного состава, как донные отложения.

Эмиссионный спектральный анализ позволяет надежно анали­ зировать такое количество проб, которое недоступно из-за большо­ го объема работы для химического анализа.

Процесс эмиссионного спектрального анализа включает в себя три этапа: 1) перевод вещества в парообразное состояние и возбуж­ дение спектров атомов, ионов и молекул. Эта задача выполняется

спомощью источников возбуждения; 2) разложение излучения

105