1-水文地球化学导论

是实测浓度的倒数（L/mol），α为活度，无量纲。

但是在实际应用中，α和m的单位相同，均为mol/L。 r为无量纲的系数。
三、非理想性的校正

活度系数r随水中溶解固体（即矿化度）增加而减小，
一般都小于1。

当水中总溶解固体（Total Dissolved Solids，简称
TDS）很低时，r趋近于1 ，活度趋近于实测浓度。
第二节 溶解/沉淀作用
一、地下水系统固体物质的组成
• •
1.岩浆岩及其矿物成分 岩浆岩是由岩浆固化作用而形成。 常见的矿物20~30种，其中最主要的是长石、石英
云母、辉石、角闪石、橄榄石、霞石、白榴石、磁
铁矿、磷灰石等10种，这10种矿物占岩浆岩矿物总
量的99%.
一、地下水系统固体物质的组成

2.沉积岩及其矿物成分 和已经形成的沉积岩）风化剥落的产物经搬运、沉
• 沉积岩是在地表条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩 积和成岩作用而形成的岩石。
• 目前在沉积岩矿物中发现的矿物约有160余种，比较 重要的有20余种，如石英、长石、云母、粘土矿物、 碳酸盐矿物、卤化物及含水氧化铁、锰、铝等。
一、地下水系统固体物质的组成
Gr (553.54) (454.8) (2 527.9) (2161.7) 97.56(kJ / mol) 将其带入lgK =-0.175Gr ,求得白云石的平衡常数： K =10-17.073
二、化学反应与平衡常数计算

当要求25℃以外某物质的K值，就必须有该温度
• 焓可作为化学反应热效应的指标，化学反应的热效应是指
反应前后生成物和反应物标准生成焓的差值，热力学上称 其为“反应的标准焓变化”，以ΔHr表示。

❖ 盐华：松散岩层中的地下水经毛细管作用上升至地表附近，在干旱气候条件下不断蒸发浓 缩，沉淀出盐类矿物
4、混合作用
❖ 定义：两种或几种性质和化学成分不同的水相混合，形成具有新的性质和化学成分的 水，这一过程称为混合作用，例如： ➢ 海水入侵 ➢ 混合抽水
2H2eH2(气)
几种常见的混合作用
❖ 混合溶蚀现象： ➢ 当两种均含有侵蚀性CO2的水相混合，会导致水的溶蚀能力增强（原本对方解石饱和的两 种地下水在混合后将变得对方解石不饱和）
❖ 三种存在形态： ➢ 游离碳酸H2CO3或游离 CO2(aq) ➢ 重碳酸根离子 ➢ 碳酸根离子
❖ 分子态的两种碳酸在平衡时，CO2形态占最主要地位，故可以把水中的溶解性气体含量作为游 离碳酸总量
碳酸平衡
在稀溶液中，挥发性溶质的分压以巴为单位，等于溶质的 摩尔数（亨利定律），适用于难溶气体
C3 2 O C 2
❖ pH值是决定天然水中许多元素溶解性的重要因素 ➢ Na、Ca、NO3和Cl等少数几种离子可存在于各种pH条件下的天然水中； ➢ 多数金属元素在酸性条件下以阳离子形式存在，而当pH值增高时，即以氢氧化物或偏 碱性的盐类形式从水中沉淀出来(如Fe3+)； ➢ 一些金属元素（如Cu、Zn等）发生沉淀的pH略高一些（Cu为5.3, Zn为7）
❖ 以上为描述碳酸平衡系统的最基本的方程
5、地下水系统中的碳酸平衡
❖ 大气圈中的CO2分压一般为10-3.5巴；包气带的CO2分压在10-2巴左右；而地下水中CO2分压值变化 较大，一般在10-1~10-3巴之间，生物的呼吸作用及其分解都会产生CO2。
❖ 闭系统：系统与大气没有CO2交换，水与碳酸盐矿物之间的溶解反应所消耗的CO2得不到补充， 这类系统称为“闭系统”。其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较低，而pH较高；达到溶解平衡后， CO2分压值小于原始值。

3.氧化还原电位
在标准状态下处于同一水溶液中时，将发生下述的 氧化还原反应： Br2+2Fe2+＝2Br-+2Fe3+
电流是从Br2流向Fe2+的,电流之所以能够发生，是因为 有电位差的存在，在该反应中的电位差等于电极Br2︱ Br-的电位减去电极Fe3+︱ Fe2+的电位
反应的电位差Eh等于：
3. 微生物及有机物的影响
微生物参与下所发生的有机物氧化反应的主要特征 是：
（1）这是一类以微生物为催化剂的生物化学过 程，因此与温度有密切的关系；
（2）当有机物含量有限时，主要进行有氧氧化， 产物为H2O、CO2、NO3-、SO42-等；
（3）当有机物输入量很大时，主要进行缺氧分 解，产物一般为NH3、CH4、H2S等。
在标准状态下有：
pE 1 lg K 16.89 E n
E 0.059 pE
pE⊙为标准电子活度 ,电子活度也是一个反映电极中氧化态 和还原态物质得失电子能力相对强弱的量。
二、氧化还原强度及水的稳定场
在标准状态下，电极的pE⊙越大，其氧 化态物质得到电子的能力越强，是强氧 化剂；电极的pE ⊙越小，其还原态物质 越容易失去电子，是强还原剂。
➢ 在地下水与含水层岩土介质的长期接触过程中，吸 附作用对地下水化学成分的形成和迁移、特别是污 染溶质的迁移具有非常重要的控制作用。
第五节 吸附解析及离子交替吸附作用
• 吸附剂：对气体与液体中的物质具有吸附作用的固体物质 • 吸附质：被吸附的气体和液体中的物质 • 吸附态：吸附质在固体表面被吸附以后的状态 • 吸附中心：发生吸附作用的吸附剂表面的局部位置 • 解吸附作用：吸附在固体表面的吸附质进入液相或气相，

硒地方病-大骨节病
是一种以软骨坏死为主要改变 的地方性变形性骨关节病，研 究表明可能主要与缺硒有关。
主要发生于儿童和少年，临床 表现为关节疼痛、增粗变形， 肌肉萎缩，运动障碍。
本病在我国分布于由东北斜向 西南的宽带状地域内，包括14 个省、市、区的302个县
中国大骨节 病分布
硒地方病-大骨节病
砷中毒
地方性甲状腺肿
俗称“大粗脖”，以甲状腺肿 大为主要病症
分布很广
– 世界约有16亿人生活在碘严重缺乏地区，中国就有4.25亿 – 亚洲的喜马拉雅山地区——非洲的刚果河流域——南美的
安第斯山区——欧洲的阿尔卑斯山区——北美的美国和加 拿大之间的大湖盆地周围以及太平洋新西兰的一些地区 – 我国除上海市以外，各省、自治区、直辖市都有不同程度 的地方性甲状腺肿流行区
II
地下水起源与 岩浆水
Ⅰ—海洋水 Ⅱ—沉积盖层 Ⅲ—地壳的晶质岩 Ⅳ—岩浆源 Ⅴ—地幔岩 Ⅵ—大陆冰盖
I
III
I
V
IV
1—幔源初生水；2—返回地幔的水；3—重结晶脱出水（再生水）；4—沉积水；5— 埋藏水；6—地内水循环；7—小循环；8—大循环；9—地下径流；10—地表径流
HGC的研究意义
实际意义
– 2 CaCO3 (灰岩) + MgCl2 = CaMg(CO3) 2 (白云岩) + CaCl2
HGC是在水文地质学与地球化学的基础上发展 起来的一门独立学科
HGC
– 奠基人是地球化学家维尔纳茨基 – 创始人是水文地质学家奥弗琴尼柯夫
地球化学VS HGC
– 是研究地球元素的迁移、富集规律的一门学科，是研究地球 的化学组成、化学作用及化学演化的科学