Question

溶解物质的搬运和沉积

Answer 1

溶解物质的搬运和沉积与物质的溶解度密切相关，其主要受物理化学定律支配。在自然界中，化学搬运物质组分的溶解度从小到大依次为：Al₂O₃<Fe₂O₃<Mn O<SiO₂<P₂O₅<CaCO₃<Ca SO₄<Na Cl<Mg Cl₂（图4-3）。由于Al、Fe、Mn、Si等的氧化物难溶于水，故一般呈胶体溶液被搬运；而Ca、Na、Mg等的化合物的溶解度大，易呈真溶液被搬运。

图4-3 自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况

1.胶体溶液的搬运和沉积

胶体质点很小，绝大多数为1～200nm，胶体质点的大小介于粗分散系（悬浮液）和离子分散系（真溶液）之间，故受重力影响甚微，扩散能力很弱。胶体质点带有电荷（带正电荷者称正胶体，带负电荷者称负胶体，可正可负者为两性胶体），而且普遍具有吸附能力。

胶体溶液一般为多相系统，在热力学上是不稳定的，系统很易失去平衡。当胶体溶液系统失去平衡时，胶体质点就会发生凝聚作用，聚集成絮凝状、团块状的块体，在重力作用下，这些块体就会沉积下来。电解质的加入、正负胶体的混合及胶体溶液的浓缩等均可引起胶体物质的凝聚和沉积。例如，A1₂O₃正胶体和SiO₂负胶体相遇可凝聚形成高岭石凝胶，其反应式如下：

岩石学（第二版）

胶体凝聚沉淀而成的沉积物和沉积岩有如下特点：未脱水硬化的凝胶呈胶状，固结成岩后具贝壳状断口，胶体沉积物形成的岩石，颗粒细小，吸收性强，常呈钟乳状、结核状、透镜状，有时成层状、龟背状及蜂巢状，离子交换能力较强及吸收有不定量的水分，故其化学成分常不稳定。

2.真溶液的搬运和沉积

其主要取决于物质的溶解度，溶解度小者先从溶液中析出，而溶解度大者则较后沉淀。然而，物质的溶解度又与pH值（酸碱度）、E_h值（氧化－还原电位）、温度、压力和CO₂的含量等一系列因素有关系。

（1）介质的pH值

介质的pH值对大部分溶解物质的沉淀有显著的影响，但对易溶盐类的影响不大。各种溶解物质沉淀时均要有一定的pH值（表4-1；图4-4）。

表4-1 常见金属元素沉淀时所需的pH值

图4-4 各种氧化物和氢氧化物的溶解度与pH值的关系

（据Lovennan,1969）

pH值的变化对物质的溶解或沉淀的影响因物质不同而异，如图4-4中，SiO₂等物质的溶解度随介质pH值的增高而加大，而Fe（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃等物质的溶解度却随介质pH值的增高而减小；还有一些物质的溶解或沉淀与pH值的关系则比较复杂。例如，Al₂O₃，当pH=4～10时，发生沉淀，而当pH<4（强酸）或pH>10（强碱）时，均会溶解。

（2）介质的E_h值

介质的E_h值对某些变价元素（如Fe、Mn等）的化合物影响很大，而对另一些元素（如Al、Si等）的化合物影响则很小。Fe、Mn元素在氧化条件下易成高价氧化物或氢氧化物沉淀，如赤铁矿、软锰矿等，在还原条件下则成低价化合物沉淀，如黄铁矿、菱铁矿、菱锰矿等。

介质的pH值和E_h值对沉积矿物共生组合有重要影响。例如，在一定的pH值和E_h值范围内，只能有Fe、Mn的一定类型的化合物稳定存在（图4-5）。

图4-5 各种铁锰矿物沉淀时的物理化学条件

（据W.C.克鲁宾和R W.卡瑞尔斯，1952）

（3）CO₂的含量

水中CO₂的含量变化对碳酸盐类矿物的溶解或沉淀影响很大。反应如下：

岩石学（第二版）

当水中CO₂的浓度增大时，反应向右进行，CaCO₃溶解，当水中CO₂含量减少时，反应向左进行，而出现CaCO₃沉淀。CO₂在水中的含量与温度和压力有很大关系：温度升高或压力降低，可使CO₂含量降低，而温度降低或压力升高，则可使CO₂含量增加。故CaCO₃主要在温暖的浅海中沉淀，而深海则很少，因深海海底温度低，压力大。

（4）温度和压力

温度和压力对物质的溶解度有不同程度的影响。多数化合物的溶解度随温度的升高而增大，但也有例外。由于地表的温度、压力变化不大，故对物质的溶解度影响并不明显。然而，温度却是蒸发盐类矿物沉淀的重要条件之一。如Ca和Mg的硫酸盐，K和Na的碳酸盐、硝酸盐及氯化物等，都是在具有一定封闭条件的水盆地中，由于气候炎热干燥、蒸发作用强烈才沉淀的。

3.生物作用对溶解物质搬运和沉积的影响

生物的活动也对溶解物质的搬运与沉积产生直接或间接的作用。

◎直接作用：是指生物在生活过程中，不断从周围介质中选择吸收某种物质组成自身的骨骼和有机体。生物死亡后，有的可直接堆积形成各种生物成因的岩石或矿产，如生物礁灰岩、磷块岩和某些硅质岩等，有的生物遗体在成岩过程中可转化成煤、石油和天然气等。

◎间接作用：由于生物的生命活动可引起周围介质条件的变化，从而影响某些物质的搬运和沉积。例如，海生植物的光合作用可引起海水中CO₂含量的降低，促使碳酸盐的沉淀，生物遗体分解后可产生大量H₂S、CH₄等气体，这些组分能改变沉积介质的氧化－还原条件，从而影响某些物质的溶解和沉淀；生物分解出的腐殖质，可以保护胶体不易沉淀，而有利于胶体物质的搬运。大量的实践资料证明，有机质在许多稀有、分散和放射性元素的表生地球化学循环或者迁移过程中起着重要的作用。U、Ge、V、Mo、Cu、Ag、Au、Co、Ni、Be、Zn、Se等元素的迁移与富集往往都与有机质的含量、成分等有密切关系，如U就常与煤、黑色页岩等富含有机质的岩石共生。