地球化学在地理科学中有什么意义？

Question

如题所述

Answer 1

（一）钙、镁、钠、钾

这些元素广泛分布于地壳中，主要存在于硅酸盐、碳酸盐及易溶盐类地层（见表2.13）。

这些岩石矿物溶解于水中的量取决于其溶解度及水解作用程度。

Ca²⁺、Mg²⁺在水中行为受CO₂影响极大，碳酸平衡控制了它们的溶解、沉淀或过饱和状态。它们在水中的简单络合离子形式为：Ca²⁺、

。

表2.13　含钙、镁、钠、钾的各种岩石矿物

以含钙为主的天然水的矿化度一般小于lg/L。Ca²⁺积极参与生物地球化学作用，含钙的有机质可很快转化为矿物质而存在于土壤中。镁盐在水中的溶解度比钙盐大，但Mg²⁺易被植物吸收，故在天然水中的含量小于Ca²⁺。在矿化水中Mg²⁺可高达几g/L到kg/L。

钠、钾在水中含量主要受溶解度控制。它们的离子电位低，在水中大多呈水合离子形式。在简单水溶液中有下列络合离子形式：Na⁺,

Na⁺及Cl^-为高矿化水中的主要成分，钠在地壳中占2.36%，而在海水中，Na⁺占总含盐量30%左右；钾在地壳中含量与钠类似，为2.09%，但在天然水中K⁺《Na⁺，只有Na⁺含量的4%—10%，这是因为K⁺为营养元素易被植物吸收，但K⁺在海水中含量增高，可达390mg/L。

（二）碳、硫

由于碳和硫的离子电位高，在水中易形成酸性络阴离子及络阴离子。

碳主要来源于石灰岩、白云岩、泥灰岩等，其溶解度小，故在水中绝对含量低，但含量的变化范围小。

碳是地下水中主要化学成分，受pH值影响很大。

水文地球化学基础

在天然水中，当pH＜5时，碳主要以H₂CO₃型式出现；当pH=5—8时，主要以

型式出现；当pH＞8时，则主要以

型式出现。

地下水中溶解的CO₂气体，在水文地球化学环境中起重要作用，它控制了水的酸碱性，直接影响水中许多化学平衡，CO_2-碳酸盐体系在研究大气圈、水圈、岩石圈的演变史上有特别重要的意义。

自然界中也广泛存在着有机碳成分，它们积极参与生物地球化学作用及碳的循环。

是天然水中重要成分之一，它广泛分布于地表水、浅层地下水及承压水中。它来源于石膏等硫酸盐的溶解、硫化矿床氧化带氧化产物的溶解及地热温泉水中。]]

水文地球化学基础

硫在水中的行为受Eh-pH平衡控制。在天然水稳定场内，主要是两个体系起作用，即

可写出各种硫的平衡方程式：

假定∑S=10^-3mol，A据∆G_f的热力学数据，求得下列反应式的G_r再据有关公式算得lgK

水文地球化学基础

设〔HS^-〕/〔H₂S〕＝1　pH=7

水文地球化学基础

设〔S^2-〕/〔HS^-〕＝1　pH=12.91

　pE=5.12-7/6pH

或Eh=0.30-0.069pH

水文地球化学基础

或Eh=0.32-0.0789pH

水文地球化学基础

或Eh=0.233-0.059pH

水文地球化学基础

pE=5.076-1.25pH

Eh=0.30-0.074OpH

水文地球化学基础

pE=2.59-pH

Eh=0.153-0.0592pH

水文地球化学基础

pE=4.20-1.125pH

Eh=0.24-O.0666PH

根据上述平衡方程式，可以绘制硫体系的pH-Eh图（图2.5）。由图2.5可知，硫的氧化态主要是

及

天然水中硫的主要类型是

酸性条件下才出现

在还原环境下出现H₂S，在还原的碱性环境下才可出现HS^-。

腐植质土壤及富含有机质的油田水，由于脱硫作用，几乎可不含或含少量

C₆H₁₂O₆+3Na₂SO₄→3CO₂↑+3Na₂CO₃+3H₂S↑+3H₂O＋热能

当水中Ca²⁺含量高时，由于易生成CaSO₄沉淀，也可使水中

含量减少。

（三）氯

主要来源于岩盐的溶解（NaC1、MgCl₂、CaCl₂、Ca₅（PO₄）₃C1、3NaAlSiO₄·NaC1）,

图2.5　硫体系的Eh-pH图（总S=10^-8mol）

它们有很高的溶解度，常常是矿化度高的氯化物水或硫酸盐水中的主要成分。Cl^-在水中含量与矿化度增长一致。

地下水中氯主要以Cl^-形式出现。据戈莱娃、Γ.А.（1977）资料，在还原环境的高矿化氯化物卤水中，Cl^-可与重金属元素形成络合物，Cuc1⁺，

等。在微酸性、低硫、高氯化物卤水中以氯化物络合物形式可以转移较多的Pb和Zn。