Конспект лекций Минск, 2000 г. Рекомендуемая литература

Процессы, сочетающиее воспроизводство и поглощение растворённого вещества. К этим процессам относятся ионный обмен, метасоматическое замещение, окислительно–восстановительные и биогеохимические реакции и радиоактивный распад.
Ионный обмен заключается в сорбции из воды одних ионов и замене их другими, находящимися в породе. Ионный обмен может быть иначе назван обменной сорбцией. Различают обменную адсорбцию и обменную абсорбцию.
Начнём с обменной адсорбции. Обменные ионы, находящиеся на поверхности адсорбента, называются поглощённым комплексом. Наиболее распространённые адсорбенты — глины. У разных глинистых минералов, слагающих глинистые породы, обменная способность разная: наибольшая — у монтмориллонита, весьма низкая — у каолинита. Поскольку природные адсорбенты имеют преимущественно отрицательный заряд, между подземными водами и породами совершается, главным образом, обмен катионами. Поэтому, говоря об ионном обмене, имеют в виду, прежде всего, катионный обмен. Способность катионов поглощаться породами зависит от их валентности и радиуса и изменяется в рядах: К⁺ > Na⁺ > Li⁺ и Sr²⁺ > Са²⁺ > Мg²⁺. Количество поглощённых ионов характеризует ёмкость поглощения пород и выражается в мг–экв/100 г породы. Чаще всего, при изучении поглощённого комплекса, или комплекса поглощённых катионов, обращают внимание на соотношение Na и Са. Говорят о “континентальном” и “морском” облике поглощённого комплекса. Первый свойственен породам, образовавшимся на суше, и характеризуется преобладанием поглощённого кальция (Са > Na). В морских отложениях на первое место выступает поглощённый натрий (Na > Са). Наиболее энергично обменно–адсорбционные процессы протекают, если подземные воды внедряются в породы с иным поглощённым комплексом, чем растворённые катионы.
Приведём конкретный пример влияния катионного обмена на формирование состава вод. В четвертичных континентальных отложениях Беларуси подземные воды, как правило, гидрокарбонатные кальциевые. В некоторых районах республики пресные подземные воды встречаются в морских песчаных породах верхнепротерозойского возраста. Здесь эти воды гидрокарбонатные натриевые. Это следствие обмена кальция воды на катионы натрия морского поглощённого комплекса.
На формирование состава подземных вод существенно влияет процесс метасоматического замещения, который иногда называют еще обменной абсорбцией. Это процесс замещения катионов породы (минерала) другими катионами из раствора, причём при этом происходит кардинальная перестройка структуры минерала или породы, в отличие от обменной адсорбции, когда минералогической перестройки не происходит. Наиболее яркий пример метасоматического замещения — процесс доломитизации известняка:
СаСО₃ + Мg²⁺ ↔ СаМg(СО₃)₂ + Са²⁺.
кальцит р–р доломит р–р