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.