비가 땅에 닿아 토양으로 퍼져 나가 지하수가 순환하는 지구 빵 껍질의 첫 층에 침투하면 시작됩니다. 이 물은 바위와 반응하여 일부 미네랄을 녹이고 다른 미네랄을 재배합니다.
용해 된 이산화탄소의 존재하에, 새로 형성된 미네랄은 방해석, 마그네이트 또는 사이드 라이트와 같은 다양한 탄산염 광물을 포함하며, 이는 용해 된 탄산염 그룹 Co
미네랄-유체 반응은 일반적으로 벌크 유체에서 발생하고 평형 지구 화학 이론에 따라 발생하는 것으로 모델링됩니다. 이러한 이론은 다양한 미네랄, 용해 된 종 및 물을 포함하는 복잡한 유체 록 시스템의 장기 진화를 근사화 할 수 있습니다. 그러나 원자 규모에서, 여러 국소 평형 외 공정이 새로운 광물의 형성을 제어 할 수 있기 때문에 상황이 더 복잡합니다.
우리는 비소, 포스페이트, 셀레늄 및 안티몬과 같은 용해 된 음성에 차지 된 종 (음이온)을 함유 한 순수한 물 또는 물과 다양한 탄산염 광물 사이의 상호 작용을 이미지화 하였다. 원자력 현미경의 기술은 시간의 함수로서, 나노 미터 높이 해상도 및 서브 마이크로 미터 공간 분해능을 갖는 미네랄 표면에 대한 용해 및 침전 과정의 이미징을 허용하기 때문에 사용되었다.
.우리의 실험에서, 우리는 주어진 탄산염 광물로 시작하여 표면 위로 약간의 순수한 물이 흐르고 그것을 녹입니다. 용해는 탄산염으로부터 원자 층을 지속적으로 제거함으로써 발생한다. 용해 된 종은 마이크로 미터의 두께의 경계 층을 밀리미터로 만듭니다. 여기서 유체는 탄산염의 용해에서 발생하는 종으로의 벌크 물보다 국소 적으로 더 풍부합니다. 이러한 경계층은 새로운 고체 상이 형성 될 수있는 미세 화학 반응기로서 작용하고; 전체 프로세스를 인터페이스 결합 용해 제거 메커니즘이라고합니다 (그림 1). 일부 독성 종이 유체에 존재하면 이러한 새로운 고체상에 통합되어 유체에 용해되어 계속 운반되는 것보다 더 영구적으로 포획 될 수 있습니다.
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우리는 여러 탄산염 시스템을 연구했습니다. 마그네사이트 또는 백운석, 마그네슘 함유 미네랄이 용해기 인 경우, 수화 된 마그네슘이 풍부한 미네랄의 나노 입자가 표면에 형성됩니다. 칼슘 함유 탄산염 인 석회석이 용해되는 미네랄이고, 비소, 포스페이트, 셀레늄 또는 유체에 용해 된 안티몬이 존재하더라도, 새로운 미네랄은 나노 입자 형태로 방해석 표면에서 자랍니다 (그림 2, 3). 철분 함유 탄산염 인 Siderite가 용해되는 미네랄 일 때, 새로운 침전물은 유체에 존재하는 일부 독성 종을 포획 할 수있는 산화철 미네랄입니다. 따라서이 결합 된 용해-보호 과정은 널리 퍼져 있고, 지구 표면 환경에 존재하는 대부분의 주요 탄산염 광물과 관련이 있으며, 오염 물질을 견고한 단계로 고정시킬 수있다.
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우리는 나노 입자의 형성을 제어하는 파라미터를 식별했다. 주어진 산도 (pH)에서의 유체의 경우, 탄산염 광물의 용해도 및 그의 용해 속도는 나노 입자의 침전이 탄산염의 용해보다 빠른 한, 경계층의 두께 및 나노 입자 형성의 시간 척도를 제어한다. 경계층 두께는 몇 마이크로 미터에서 몇 밀리미터에서 다를 수 있습니다. 제 1 나노 입자의 형성에 필요한 시간 척도는 초에서 몇 시간 범위 내에있다. 따라서 우리의 이론적 개발은 경계층 두께와 다른 유체-미네랄 시스템에서 시험 될 수있는 나노 입자 형성의 시간 규모에 대한 예측을 제공한다.
미네랄-유체 경계층의 진화는 용해 된 종 농도가 용해 및 침전 속도에 따라 달라질 수있는 역동적 인 과정이다. 경계층 인 마이크로-반응기에서 발생하는 인터페이스 결합 프로세스는 얕은 지구 환경에서 탄산염 광물의 많은 변형을 제어합니다. 이 과정의 중요한 특성은 거시적 스케일에서 새로운 침전물에 대해 유체가 부적절하더라도 국부적으로 발생한다는 것입니다. 이 현상은 순환 지하수에서 이러한 오염 물질의 이동성이 감소하기 때문에 방해석 표면에 오염 물질을 포획하는 데 중요한 환경 적 영향을 미칩니다. 이러한 효과는 이러한 요소의 글로벌 지구 화학주기뿐만 아니라 산성 광산 배수 및 시립 폐기물 매립지의 폐수와 같은 오염 된 지구 화학 시스템의 치료에도 영향을 미칩니다.
.참조 :
- Renard, F., Røyne, A., Putnis, C. V. (2019) 탄산염, 지구 과학 프론티어, 10, 17-27, https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/s16749871183768.
