溶液中Si的浓度对元素溶解速率的影响
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发布时间：2023-01-09 12:09
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时间：2023-10-06 20:25
组成玄武岩的矿物主要是硅酸盐矿物，在玄武岩与海水相互作用过程中，硅酸盐矿物格架遭到破坏，硅酸盐矿物发生溶解。通过对实验结果进行研究，发现在玄武岩与海水相互作用过程中，玄武岩中硅的溶解影响着其他元素的释放。岩石里元素的释放速率与溶液里的Si有关。或者说，Si的溶解速率影响着其他元素的释放速率。可以用下式表达：
海水与玄武岩相互作用实验研究
其中，K 是斜率，ni为i种元素，ri是岩石里i元素的释放速率，
表示溶液里溶解Si的可溶物种H4SiO4摩尔浓度（图6-1）。
图6-1说明，几种造岩元素的释放速率与溶液里Si的摩尔浓度有关。溶液里Si摩尔浓度增加在不同温度条件下引起其他造岩元素释放速率情况是不同的。100℃时，Si,Fe的斜率为正，说明溶液中Si摩尔浓度的增加会引起Si和Fe释放速率的增大；Ca,K,Al的斜率为负，溶液中Si摩尔浓度的增加会引起Ca,K和Al释放速率的下降。200℃时，所有元素的斜率为负，说明在200℃时溶液中Si摩尔浓度的增加，会引起Ca,Si,K,Al和Fe释放速率的降低；溶液中Si摩尔浓度尤其对Fe的释放速率有很大影响。300℃时，情况发生了变化，除了Al斜率为负以外，其余元素（Si,K,Ca和Fe）的斜率都为正；说明在300℃时，溶液中随着Si摩尔浓度的增加，会引起多数元素释放速率的增大。350℃时，除了K的斜率为正的以外，其余元素（Si,Al,Ca和Fe）的斜率为负；说明随着溶液中Si摩尔浓度的增加，Si,Al,Ca和Fe释放速率会下降，而K的释放速率则增大。374℃时，随着溶液中Si摩尔浓度的增加，Si和K的释放速率增大；Al,Ca和Fe的释放速率下降。400℃时，所有元素的斜率全部为正；说明溶液中随着Si摩尔浓度的增加，造岩元素的释放速率也随之增大。
图6-1 22MPa、不同温度条件下玄武岩－海水反应过程中Si的摩尔浓度对Si,Ca,Fe,K,Al释放速率的影响
从图6-1中还可以看出，在每种温度条件下元素的释放速率是很不相同的。100℃时，元素释放速率由大到小的元素的顺序是：Ca,K,Si,Fe,Al;200℃时，元素释放速率由大到小的元素的顺序是：Ca,Si,K,Al,Fe;300℃时，元素释放速率由大到小的元素的顺序是：Al,K,Si,Ca,Fe;350℃时，元素的释放速率由大到小的元素的顺序是：K,Si,Al,Ca,Fe;374℃时，元素的释放速率由大到小的元素的顺序是：Al,Si,K,Ca,Fe;400℃时，元素的释放速率由大到小的元素的顺序是：K,Si,Ca,Al,Fe。
一般认为，Ca——O键、Mg——O键桥更具有离子键性质，而Si——O键桥更具有极性键性质，Ca——O 键和Mg——O 键比Si——O 键桥更容易被打开。因此低温时，Ca和Mg更容易进入到溶液中。温度升高到300℃时，水的性质发生改变，水的密度和介电常数下降，逐渐易溶解于极性键物质，Si——O 键被打破，而大量释放进入到溶液中（J ohnson和N orton,1992,Shaw 等，1991）。在跨越临界点过程中，水的介电常数和密度快速下降，水的氢键网格会被减弱和破坏，影响离子反应速率和硅酸盐骨架水化。因此，在跨越水的临界点的过程中，离子反应和水化反应常被减弱。临界点时水更容易使具有极性键的物质水化，因此Si的释放速率更大（张荣华，胡书敏等，2004）。
