Исследование фильтратов экспериментального выветривания

Определение количества вынесенных элементов. Под величиной реального выноса автор подразумевал общее количество химических элементов, вынесенных в растворе в процессе выветривания, выраженное в процентах и отнесенное к первичному весу исходной породы.

Как уже указывалось выше, упаренный фильтрат сливался из колбы-приемника через промежутки времени, в течение которых через породу дренировалось 50 л воды. Это позволило получить данные о скорости выноса растворенных элементов из трех типов пород. Для этого производилось взвешивание твердого остатка, полученного при упаривании фильтрата каждого слива в сушильном шкафу при 105° С. Результаты, полученные для первых 450 л фильтрата, представлены в табл. 33. График, построенный по этим данным, показывает, что вынос был постоянным и не зависел от петрографического состава пород (фиг. 19). Количество вынесенных элементов для каждого типа пород различно: при выветривании трахиандезита выносилось 9 мг/л, базальта 8 мг/л и гранита 2,2 мг/л. Дальнейший контроль показал, что такие величины сохранялись до самого конца эксперимента. Следовательно, скорость выноса в процессе выветривания у разных пород была различной.

Однако при определении процентного состава фильтрата следовало исключить воду, так как она не входила в состав первичных пород. Все подсчеты выполнялись для прокаленных сухих остатков фильтратов (фиг. 20, кривые термобаланса). В табл. 34 приведены данные, иллюстрирующие интенсивность выноса в процессе выветривания пород. Зная общий объем фильтрата, можно определить для каждой породы (с учетом данных о выносе из стекла пустого контрольного прибора) общее количество вынесенного вещества (в граммах), затем величину реального выноса (в процентах от первичной породы) и, наконец, величину абсолютного выноса, т. е. количество вынесенного вещества (в процентах от первичной породы) в одном и том же объеме фильтрата. Рассчитать эту величину нетрудно, так как вынос оставался постоянным на протяжении всего эксперимента. За основу был взят объем фильтрата, равный 1950 л (количество фильтрата в опыте с гранитом). В результате абсолютный вынос составил для лавы 7 мг/л, для базальта 4,5 мг/л и для гранита 1,8 мг/л (табл. 35). Таким образом, наиболее легко происходил вынос вещества из трахиандезита; из него выносилось в 1,5 раза больше, чем из базальта. Гранит был наиболее устойчивым; из него выносилось в 4 раза меньше вещества, чем из лавы.

Количественная оценка фильтратов позволила сделать очень важный для расшифровки процессов выветривания вывод: интенсивность выноса в условиях эксперимента была постоянной и специфичной для каждого типа породы. Естественно, если бы эксперимент продолжался до полного преобразования исходного материала, следовало бы ожидать уменьшения количества вынесенных в фильтрате элементов по мере возрастания степени измененности вещества в среде выветривания.

Общий химический анализ фильтратов. Для пород с микролитовой структурой определялся химический состав фильтратов, соответствовавших трем периодам дренажа: 0—450 л, 450—1000 л и 1000—1450 л (конец опытов). В случае гранита, для которого вынос был менее интенсивен, анализировались фильтраты, собранные за два периода дренажа: 0—1000 л и 1000—1950 л. Параллельно были проанализированы воды в контрольном приборе «Сокслет» (T1), что позволило вычислить содержание элементов, выщелоченных водой из стекла пирекс, в 1 л воды (табл. 38, колонка 5). Распределение элементов в фильтратах разных периодов дренажа показывает, что состав фильтратов каждого типа породы практически оставался постоянным на всем протяжении эксперимента.

На основании данных, приведенных в табл. 36, можно рассчитать для трех типов пород средний химический состав фильтрата (в вес.%) (табл. 37), затем определить среднее содержание элементов в 1 л фильтрата (табл. 38) и, наконец, вычислить степень выноса каждого элемента из породы (в %) (табл. 39, колонка 5).

Совокупность данных, характеризующих фильтраты разного типа, указывает, что независимо от петрографического типа породы при воздействии однородных факторов динамика выветривания остается постоянной. Во всех случаях отмечались следующие общие черты:

1. Значительный вынос кремнезема. Содержание SiO2 в фильтратах всегда выше, чем в первичных породах.

2. Некоторая подвижность алюминия, хотя количество вынесенного алюминия значительно меньше, чем кремнезема, и отношение SiО2/Al2О3 в фильтратах (табл. 37) гораздо выше, чем в свежих породах (табл. 1)

3. Полное отсутствие в фильтратах железа (в табл. 38 приведены незначительные содержания Fe2O3, определенные спектральным методом). Этот элемент целиком остается в остаточной твердой фазе выветривания, что лишний раз подтверждает возможность использования при подведении баланса атмосферного выветривания гранита метода «постоянного содержания железа».

4. Заметный вынос щелочных и щелочноземельных катионов, особенно Na2O, СaO и K2O.

Таким образом, при изучении состава фильтратов намечается такая же основная тенденция экспериментального выветривания, как и у твердых остаточных продуктов выветривания: более значительный вынос из пород кремнезема и оснований по сравнению с другими элементами.

В этом смысле определенный интерес представляет молекулярный коэффициент

так как с геохимической точки зрения это отношение можно сравнить при данном типе выветривания с отношением SiO2/Al2O3 или SiO2/R2O3 в твердой остаточной фазе выветривания.

Величины отношения L были рассчитаны для трех типов фильтратов (табл. 37). Если сравнить их с величинами молекулярных отношений R = SiO2связвн/Основания для первичных пород, то окажется, что во всех трех опытах L > R. Это означает, что кремнезем выносился более легко, чем основания, независимо от состава исходной породы.

Этот вывод, убедительно обоснованный экспериментальными данными, очень важен, так как до сих пор считали, что при разложении силикатов легче всего выносятся катионы оснований.

Теперь можно вычислить средний химический состав остаточной твердой фазы выветривания (табл. 39, колонки 6, 7). Для этого нужно вычесть из общего веса каждого элемента, содержащегося в 100 г свежей породы (табл. 39, колонка 4), количество этого элемента, вынесенное при выветривании (табл. 39, колонка 3). Конечно, эти данные не иллюстрируют реальный процесс, так как в ходе эксперимента вся масса первичного вещества не испытывала однородного и равномерного выветривания. В поверхностных оболочках обломков пород разложение было очень интенсивным, в то время как центральные участки практически не были им затронуты. Однако сравнение химических составов «средней» остаточной твердой фазы выветривания и первичной породы дает нам ценные сведения о динамике поведения химических элементов при выветривании. Анализ данных о среднем химическом составе твердых остаточных фаз (табл. 39, колонка 7) показывает, что чем интенсивнее разлагалась порода, тем представительнее полученные результаты (например для лавы по сравнению с гранитом). Вместе с тем результаты всех трех опытов показывают, что разложение пород не было глубоким, что определило недостаточную выразительность полученных характеристик твердых остаточных фаз. Изучение химического состава фильтратов дает более иллюстративный материал о реальной динамике поведения тех или иных химических элементов в процессе выветривания независимо от степени измененности породы.

Заключение. Изучение фильтратов выветривания представляет собой чрезвычайно важный этап в расшифровке процесса разложения пород.

Полученные данные подтвердили результаты изучения твердой остаточной фазы выветривания и позволили сделать два главных вывода:

1. Каждый тип породы характеризуется определенной величиной выноса в целом и определенной величиной выноса отдельных элементов.

2. Разные типы пород характеризуются идентичной динамикой определенных групп элементов.

Изучение фильтратов показало, что в некоторых обстановках природного выветривания вынос кремнезема может оказаться относительно более значимым, чем вынос щелочных и щелочноземельных катионов.