В лаборатории моделирования
гидрогеохимических и гидротермальных процессов Института геохимии и
аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН впервые обнаружена и
изучена при 300 °С самопроизвольная дистилляции водного раствора кремнезема в
закрытой системе. Дистилляция поддерживает нарушение химических равновесий и
может проявляться в системах любого состава, где есть граница «раствор – пар» и
гидрофильные шероховатые стенки. Это значит, что существуют реальные условия,
при которых геохимические реакции не приближаются к равновесию, а удаляются от
него. Результаты опубликованы в сборнике
Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences.
Опыты с водой и кварцем в новых Au и Pt ампулах
показали постоянные концентрации растворенного кремнезема (m), близкие к
растворимости кварца (Рис. 1). Те же опыты в старых, неоднократно
использованных ампулах показали меньшие значения m (иногда в сотни раз) и
большой разброс этих значений. На стенках старых ампул выше уровня воды
обнаружен опал, который при большом времени превращался в кварц.
Опыты с водой, насыщенной кремнеземом относительно
кварца, в новых ампулах тоже показали постоянство m во времени. Те же опыты в
старых (более шероховатых) ампулах показали уменьшение m со временем и большие
различия m для разных ампул (Рис. 2 слева). В ампулах с искусственно созданной
сильной и равномерной шероховатостью внутренних стенок значения m опускались
быстрее, ниже и были близки для ампул с одинаковой шероховатостью (Рис. 2
справа). Уменьшение m здесь тоже сопровождалось осаждением опала на стенки выше
раствора, а зависимость m–t соответствовала уравнению, которое описывало
постепенную замену раствора конденсатом водяного пара, т. е. дистилляцию.
Дистилляция инициировалась преимущественным
испарением в тонком слое раствора у контакта его с твердой стенкой и
многократно усиливалась при подъеме раствора по гидрофильной шероховатой
стенке, когда раствор заполнял углубления, но оставлял выступы сухими. Эта
гипотеза подтверждена также методами атомно-силовой микроскопии и
математического моделирования.
В опытах с кварцем, наполовину погруженным в воду,
растворялась нижняя часть кристалла, а опал осаждался на верхнюю часть (методы
СЭМ, 3d-сканирование). Это значит, что преимущественное испарение происходило и
на кварце с низкой теплопроводностью, которая характерна для природных
минералов. Дистилляция раствора в природной полости должна вызывать постоянное
растворение минералов внизу и отложение их вверху, что может вызвать миграцию
полости вниз.
Исследования проведены при финансовой поддержке
Минобрнауки России.
Источник: ГЕОХИ РАН.