О термодинамическом анализе изотопного обмена в воде гидросферы и земной коры

Abstract

Для оценки физико-химических условий геохимических процессов в гидросфере и земной коре предложен термодинамический анализ изотопного обмена в воде, благодаря которому по константе распределения изотопных растворов, свободной энергии и энтропии можно определять температуру и давление при метеорных и гидротермальных процессах. По энтропии смешения изотопных растворов рассчитан состав устойчивых молекул тяжелой воды и объяснена позитивная корреляция между содержанием дейтерия (D) и ₁₈O в метеорной воде. Подземные воды и гидротермальный рудоносный флюид также имеют метеорное происхождение. Содержание D в воде увеличивается в ряду: газ — жидкость — лед с повышением температуры и давления в реакциях окисления и ощелачивания, а уменьшается при биогеохимических процессах, взаимодействии с водородом, метаном и органическими веществами (в живых организмах, торфе, угле, нефти и горючем газе).

Для оцiнки фiзико-хiмiчних умов геохiмiчних процесiв у гiдросферi та земнiй корi запропоновано термодинамiчний аналiз iзотопного обмiну у водi, завдяки якому по константi розподiлу iзотопних розчинiв, вiльної енергiї та ентропiї можна визначати температуру й тиск при метеорних i гiдротермальних процесах. За ентропiєю змiшування iзотопних розчинiв розраховано склад стiйких молекул важкої води та пояснено позитивну кореляцiю мiж вмiстом дейтерiю (D) i ₁₈O у метеорнiй водi. Пiдземнi води та гiдротермальний рудоносний флюїд також мають метеорне походження. Вмiст D у водi зростає в ряду: газ — рiдина — лiд при пiдвищеннi температури й тиску в реакцiях окиснення, карбонатизацiї та вилуговування, а зменшується в кислих розчинах при бiогеохiмiчних процесах, взаємодiї з воднем, метаном та органiчними речовинами (в живих органiзмах, торфi, вугiллi, нафтi та в горючому газi).

For a new estimate of the physico-chemical conditions of geochemical processes in the hydrosphere and the Earth crust, the thermodynamic analysis of the isotope exchange in water is proposed. By the constant of distribution of isotopes, free energy, and entropy, the thermodynamic analysis of isotope solutions allows us to determine the temperature and the pressure of meteoric and hydrothermal processes. By the mixing entropy of isotope solutions, the composition of stable molecules of D₂O is determined, and the positive correlation between contents of isotopes ²H and ₁₈O in meteoric water is explained. Underground water and hydrothermal fluid have also the meteoric genesis. Contents of D in water increase in the row gas–liquid–ice with increase in the temperature and pressure in the reactions of oxidation, carbonation, and alkalination, but contents of D in water decrease by biogeochemical processes, by reactions with hydrogen, CH₄, and organic substances (in living organisms, peat, coal, fuel gas).