ຂະບວນການຜຸພັງ ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນໃນ Geochemistry ແມ່ນຫຍັງ?
ໃນວິຊາທໍລະນີເຄມີ, ການປ່ຽນແປງຫຼາຍຢ່າງທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນແຮ່ທາດ, ຫີນ, ນ້ຳໃຕ້ດິນ, ແລະແມ່ນແຕ່ທາດທີ່ລະລາຍໃນແມ່ນ້ຳ ແລະ ມະຫາສະໝຸດແມ່ນໄດ້ຮັບອິດທິພົນຈາກປະຕິກິລິຍາເຄມີທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການໂອນເອເລັກຕຣອນ. ສອງຂະບວນການພື້ນຖານທີ່ສຸດທີ່ຄວບຄຸມການໂອນເອເລັກຕຣອນນີ້ແມ່ນການຜຸພັງ ແລະ ການຫຼຸດປະຕິກິລິຍາ (ມັກເອີ້ນວ່າປະຕິກິລິຍາຣີດັອກ). ການເຂົ້າໃຈຣີດັອກແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນເພາະວ່າຂະບວນການເຫຼົ່ານີ້ກຳນົດຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງແຮ່ທາດ, ການເຄື່ອນທີ່ຂອງໂລຫະ, ຄຸນນະພາບນ້ຳ, ການສ້າງແຮ່, ແລະແມ່ນແຕ່ການເຄື່ອນໄຫວຂອງສານອາຫານໃນສິ່ງແວດລ້ອມ. ບົດຄວາມນີ້ສົນທະນາກ່ຽວກັບການຜຸພັງ ແລະ ການຫຼຸດປະຕິກິລິຍາໃນສະພາບການຂອງທໍລະນີເຄມີ, ວິທີການເຮັດວຽກຂອງພວກມັນ, ແລະເຫດຜົນທີ່ພວກມັນມີບົດບາດສຳຄັນໃນລະບົບໂລກ.
ເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບການຜຸພັງ ແລະ ການຄາຍ
ເວົ້າງ່າຍໆ, ການຜຸພັງແມ່ນຂະບວນການຂອງການສູນເສຍເອເລັກຕຣອນ, ໃນຂະນະທີ່ການລີດຊັນແມ່ນຂະບວນການຂອງການໄດ້ຮັບເອເລັກຕຣອນ. ສອງຂະບວນການນີ້ເກີດຂຶ້ນເປັນຄູ່ສະເໝີ: ຖ້າສານສູນເສຍເອເລັກຕຣອນ (ຖືກຜຸພັງ), ແລ້ວສານອື່ນຕ້ອງຍອມຮັບເອເລັກຕຣອນເຫຼົ່ານັ້ນ (ຖືກລີດຊັນ). ດັ່ງນັ້ນ, ປະຕິກິລິຍາລີດັອກສ໌ແມ່ນປະຕິກິລິຍາທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການແລກປ່ຽນເອເລັກຕຣອນລະຫວ່າງສອງຊະນິດທາງເຄມີ.
ໃນການປະຕິບັດທາງທໍລະນີເຄມີ, ການຜຸພັງ ແລະ ການຄາຍຕົວມັກຈະກ່ຽວຂ້ອງກັບການປ່ຽນແປງຂອງຈຳນວນອົກຊີເດຊັນຂອງທາດ. ເມື່ອຈຳນວນອົກຊີເດຊັນເພີ່ມຂຶ້ນ, ທາດຈະຖືກຜຸພັງ; ເມື່ອຈຳນວນອົກຊີເດຊັນຫຼຸດລົງ, ມັນຈະຫຼຸດລົງ.
ຕົວຢ່າງງ່າຍໆ:
- ທາດເຫຼັກ(II) ຫຼື Fe²⁺ ສາມາດຜຸພັງໄປເປັນທາດເຫຼັກ(III) ຫຼື Fe³⁺ (ສູນເສຍເອເລັກຕຣອນ).
- ໃນທາງກັບກັນ, Fe³⁺ ສາມາດຫຼຸດລົງເປັນ Fe²⁺ (ຮັບເອເລັກຕຣອນ).
ຣີດັອກຊ໌ໃນລະບົບທຳມະຊາດ: ບໍ່ພຽງແຕ່ “ປະຕິກິລິຍາກັບອົກຊີເຈນ”
ຄຳວ່າ "ຜຸພັງ" ຕົວຈິງແລ້ວມີຕົ້ນກຳເນີດມາຈາກປະຕິກິລິຍາກັບອົກຊີເຈນ, ແຕ່ໃນວິຊາທໍລະນີເຄມີ, ຜຸພັງບໍ່ໄດ້ໝາຍເຖິງ "ປະຕິກິລິຍາກັບ O₂ ສະເໝີໄປ." ຜຸພັງສາມາດເກີດຂຶ້ນໄດ້ຍ້ອນການສຳຜັດກັບສານຜຸພັງອື່ນໆເຊັ່ນ: ໄນເຕຣດ (NO₃⁻), ຊູນເຟດ (SO₄²⁻), ຫຼືແມ່ນແຕ່ແຮ່ທາດບາງຊະນິດທີ່ສາມາດຮັບເອເລັກຕຣອນໄດ້.
ເຊັ່ນດຽວກັນ, ການຫຼຸດຜ່ອນບໍ່ໄດ້ກ່ຽວຂ້ອງກັບ "ການສູນເສຍອົກຊີເຈນ" ສະເໝີໄປ. ການຫຼຸດຜ່ອນສາມາດເກີດຂຶ້ນໄດ້ໂດຍການເພີ່ມເອເລັກຕຣອນໂດຍຕົວແທນການຫຼຸດຜ່ອນຕ່າງໆ, ເຊັ່ນ: ວັດສະດຸອິນຊີ, ໄຮໂດຣເຈນຊັນໄຟດ (H₂S), ຫຼືໄອອອນທາດເຫຼັກ (II), ເຊິ່ງຫຼຸດຜ່ອນສານອື່ນໆ.
ເປັນຫຍັງປະຕິກິລິຍາ Redox ຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນໃນ Geochemistry?
ປະຕິກິລິຍາ Redox ແມ່ນ "ເຄື່ອງຈັກ" ທີ່ຄວບຄຸມຫຼາຍດ້ານຂອງເຄມີສາດສິ່ງແວດລ້ອມ ແລະ ທໍລະນີວິທະຍາ, ລວມທັງ:
1. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງທາດ ແລະ ໂລຫະໜັກ
ໂລຫະຫຼາຍຊະນິດ (ເຊັ່ນ: Fe, Mn, As, U, Cr) ມີລະດັບການລະລາຍທີ່ແຕກຕ່າງກັນພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການຜຸພັງທຽບກັບການຫຼຸດຜ່ອນ. ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການຜຸພັງ, ໂລຫະບາງຊະນິດປະກອບເປັນແຮ່ທາດອົກໄຊດ໌/ໄຮດຣອກໄຊດ໌ທີ່ບໍ່ລະລາຍ; ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການຫຼຸດຜ່ອນ, ບາງຊະນິດຈະລະລາຍໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ຂົນສົ່ງໄດ້ງ່າຍດ້ວຍກະແສນໍ້າໃຕ້ດິນ.
2. ການສ້າງ ແລະ ການຜຸພັງຂອງແຮ່ທາດ
ແຮ່ທາດຊູນຟາຍດ໌ ເຊັ່ນ ໄພໄຣທ໌ (FeS₂) ສາມາດຜຸພັງໄດ້ເມື່ອຖືກນ້ຳ ແລະ ອົກຊີເຈນ, ຜະລິດຊູນເຟດ ແລະ ຄວາມເປັນກົດ. ນີ້ແມ່ນຂະບວນການທີ່ສຳຄັນໃນການຜຸພັງຂອງຫີນ ແລະ ຍັງເປັນແຫຼ່ງຂອງບັນຫາສິ່ງແວດລ້ອມເຊັ່ນ: ການລະບາຍນ້ຳຂອງແຮ່ກົດ.
3. ຄຸນນະພາບຂອງນ້ຳໃຕ້ດິນ ແລະ ນ້ຳໜ້າດິນ
ສະພາບການ Redox ມີອິດທິພົນຕໍ່ວ່ານ້ຳມີທາດເຫຼັກທີ່ລະລາຍ, ແມງການີສ, ແອມໂມເນຍ, ຊູນໄຟດ໌, ຫຼື ໄນເຕຣດທີ່ລະລາຍ ແລະ ອົກຊີເຈນທີ່ລະລາຍ. ການປ່ຽນແປງ Redox ສາມາດປ່ຽນແປງລົດຊາດ, ສີ, ກິ່ນ ແລະ ຄວາມປອດໄພຂອງນ້ຳສຳລັບການບໍລິໂພກ.
4. ວົງຈອນຊີວະພາບເຄມີ
ວົງຈອນຄາບອນ, ໄນໂຕຣເຈນ, ຊູນຟູຣິກ ແລະ ທາດເຫຼັກແມ່ນໄດ້ຮັບອິດທິພົນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຈາກປະຕິກິລິຍາຣີດັອກສ໌ ເຊິ່ງມັກຈະມີຈຸລິນຊີເປັນຕົວກາງ.
ແນວຄວາມຄິດຫຼັກ: ທ່າແຮງ Redox (Eh)
ໃນເຄມີທໍລະນີວິທະຍາ, ເງື່ອນໄຂອົກຊີເດຊັນ ຫຼື ການຫຼຸດຜ່ອນຂອງສະພາບແວດລ້ອມມັກຖືກສະແດງອອກເປັນ Eh (ທ່າແຮງຣີດັອກຊ໌), ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນຢູ່ໃນຫົວໜ່ວຍຂອງໂວນ (V) ຫຼື ມິນລິໂວນ (mV).
– Eh ສູງ → ສະພາບແວດລ້ອມອົກຊີເດຊັນຫຼາຍຂຶ້ນ (ມີສານອົກຊີເດຊັນຫຼາຍຊະນິດທີ່ມີຢູ່, ເຊັ່ນ O₂).
– Eh ຕ່ຳ → ສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຫຼຸດຜ່ອນຫຼາຍຂຶ້ນ (ອົກຊີເຈນໜ້ອຍທີ່ສຸດ, ຕົວຫຼຸດຜ່ອນທີ່ໂດດເດັ່ນ, ຕົວຢ່າງ: ສານອິນຊີ).
Eh ບໍ່ໄດ້ຢືນຢູ່ຄົນດຽວ. ມັນກ່ຽວຂ້ອງກັບ pH, ອຸນຫະພູມ, ແລະ ອົງປະກອບທາງເຄມີຂອງສານລະລາຍ. ດັ່ງນັ້ນ, ນັກທໍລະນີເຄມີມັກໃຊ້ແຜນວາດ Eh–pH (ແຜນວາດ Pourbaix) ເພື່ອຄາດຄະເນຮູບແບບທາງເຄມີທີ່ໝັ້ນຄົງຂອງທາດພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂສະເພາະ - ຕົວຢ່າງ, ບໍ່ວ່າທາດເຫຼັກຈະໝັ້ນຄົງເປັນ Fe²⁺, Fe³⁺ ທີ່ລະລາຍ, ຫຼື ເປັນແຮ່ທາດເຊັ່ນ: ເຮມາໄທ ແລະ ໂກອີໄທ.
ຕົວຢ່າງຂອງຂະບວນການ Redox ທີ່ສຳຄັນໃນ Geochemistry
1. ການຜຸພັງຂອງໄພໄຣທ໌ ແລະ ການລະບາຍນ້ຳຈາກແຮ່ກົດ
ໄພໄຣທ໌ (FeS₂) ເປັນແຮ່ທາດຊູນໄຟດ໌ທີ່ພົບເລື້ອຍໃນຫີນຕະກອນ ແລະ ພື້ນທີ່ຂຸດຄົ້ນບໍ່ແຮ່. ເມື່ອໄພໄຣທ໌ຖືກສຳຜັດກັບອົກຊີເຈນ ແລະ ນ້ຳ, ມັນສາມາດຜຸພັງເພື່ອຜະລິດຊູນເຟດ ແລະ ໄອອອນໄຮໂດເຈນ (H⁺), ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເປັນກົດ.
ໂດຍທົ່ວໄປ (ແບບງ່າຍດາຍ), ປະຕິກິລິຍາສາມາດຜະລິດ:
- ຊັນເຟດໄອອອນ (SO₄²⁻)
– Fe²⁺/Fe³⁺
– H⁺ (ຫຼຸດ pH)
ຜົນກະທົບແມ່ນໃຫຍ່ຫຼວງ: pH ຕໍ່າຈະລະລາຍໂລຫະອື່ນໆ (Al, Mn, Zn, Cu), ເຮັດໃຫ້ແມ່ນໍ້າເປັນມົນລະພິດ, ແລະ ທຳລາຍລະບົບນິເວດ.
2. ການຫຼຸດຜ່ອນຊູນເຟດ ແລະ ການສ້າງຊູນໄຟດ໌
ໃນສະພາບແວດລ້ອມຕະກອນທີ່ຂາດອົກຊີເຈນ (ບໍ່ມີອົກຊີເຈນ), ເຊື້ອແບັກທີເຣັຍທີ່ຫຼຸດຜ່ອນຊູນເຟດສາມາດໃຊ້ຊູນເຟດເປັນຕົວຮັບເອເລັກຕຣອນ, ຜະລິດຊູນໄຟດ (H₂S). ຂະບວນການນີ້ແມ່ນພົບເລື້ອຍໃນໜອງນ້ຳ, ບໍລິເວນໜອງນ້ຳ, ຫຼື ຕະກອນທະເລທີ່ອຸດົມດ້ວຍສານອິນຊີ.
ຜົນໄດ້ຮັບ:
- ມີກິ່ນ “ໄຂ່ເນົ່າ” ມາຈາກ H₂S
- ຊູນໄຟດ໌ສາມາດປະຕິກິລິຍາກັບ Fe²⁺ ເພື່ອສ້າງແຮ່ທາດເຊັ່ນ FeS ຫຼື ໄພຣທ໌ (FeS₂), ລັອກຊູນຟູຣິກ ແລະ ທາດເຫຼັກໃຫ້ຢູ່ໃນຮູບແບບແຂງ.
3. ການຫັນປ່ຽນທາດເຫຼັກ ແລະ ແມງການີສໃນນ້ຳໃຕ້ດິນ
ໃນນ້ຳໃຕ້ດິນທີ່ມີອົກຊີເຈນລະລາຍຕ່ຳ, ທາດເຫຼັກ ແລະ ແມງການີສ ມັກຈະມີຢູ່ໃນຮູບແບບ Fe²⁺ ແລະ Mn²⁺ ທີ່ລະລາຍໄດ້ຫຼາຍກວ່າ. ເມື່ອນ້ຳນີ້ຖືກສູບຂຶ້ນສູ່ໜ້າດິນ ແລະ ສຳຜັດກັບອົກຊີເຈນ:
– Fe²⁺ ຖືກຜຸພັງໄປເປັນ Fe³⁺ ແລະ ປະກອບເປັນຕະກອນສີນ້ຳຕານແດງ (ທາດເຫຼັກອອກໄຊ/ໄຮດຣອກໄຊ)
– Mn²⁺ ສາມາດປະກອບເປັນຊັ້ນຫີນສີດຳ (ແມງການີສອອກໄຊ)
ນີ້ອະທິບາຍວ່າເປັນຫຍັງບໍ່ນໍ້າບາງບໍ່ຈຶ່ງຜະລິດນໍ້າທີ່ໃສໃນເບື້ອງຕົ້ນແຕ່ຫຼັງຈາກນັ້ນກໍ່ປ່ຽນສີແລະປະໄວ້ຮອຍເປື້ອນ.
4. ປະຕິກິລິຍາລີອອກໄຊຂອງໄນໂຕຣເຈນ: ໄນເຕຣດ, ໄນໄຕຣດ ແລະ ແອມໂມນຽມ
ໃນລະບົບດິນ ແລະ ນ້ຳ:
- ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂອົກຊີເດຊັນ, ໄນໂຕຣເຈນມັກຈະຄົງຕົວເປັນໄນເຕຣດ (NO₃⁻).
- ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການຫຼຸດຜ່ອນ, ໄນເຕຣດສາມາດຫຼຸດລົງໄດ້ໂດຍຜ່ານການແຍກໄນຕຣິຟິເຄຊັນໄປເປັນອາຍແກັສ N₂ (ປ່ອຍອອກສູ່ຊັ້ນບັນຍາກາດ), ຫຼືມັນສາມາດກາຍເປັນແອມໂມນຽມ (NH₄⁺).
ສິ່ງນີ້ມີຄວາມສຳຄັນໃນການກະສິກຳ ແລະ ມົນລະພິດຈາກນ້ຳໃຕ້ດິນ: ໄນເຕຣດສາມາດລະລາຍ ແລະ ເຄື່ອນທີ່ໄດ້ງ່າຍ, ໃນຂະນະທີ່ແອມໂມນຽມມັກຈະຜູກພັນກັບອະນຸພາກດິນບາງຊະນິດຫຼາຍກວ່າ.
ບົດບາດຂອງຈຸລິນຊີໃນປະຕິກິລິຍາ Redox ຂອງທໍລະນີວິທະຍາ
ປະຕິກິລິຍາ redox ຫຼາຍຢ່າງໃນທຳມະຊາດແມ່ນເລັ່ງຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍຈຸລິນຊີ. ພວກມັນໃຊ້ປະຕິກິລິຍາ redox ເປັນແຫຼ່ງພະລັງງານ, ຕົວຢ່າງ:
- ເຊື້ອແບັກທີເຣັຍທີ່ຜຸພັງທາດເຫຼັກ (ປ່ຽນ Fe²⁺ ເປັນ Fe³⁺)
- ເຊື້ອແບັກທີເຣັຍທີ່ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນທາດເຫຼັກ (ປ່ຽນ Fe³⁺ ເປັນ Fe²⁺)
– ເຊື້ອແບັກທີເຣັຍທີ່ຫຼຸດຜ່ອນຊູນເຟດ (SO₄²⁻ → H₂S)
- ເຊື້ອແບັກທີເຣັຍທີ່ຜະລິດໄນຕຣິຟາຍ ແລະ ເດໄນຕຣິຟາຍ (ການຫັນປ່ຽນໄນໂຕຣເຈນ)
ອິດທິພົນຂອງຈຸລິນຊີເຫຼົ່ານີ້ສາມາດເຮັດໃຫ້ສະພາບການ redox ຂອງຕະກອນ ຫຼື ນ້ຳໃຕ້ດິນປ່ຽນແປງຢ່າງໄວວາ, ໂດຍສະເພາະຖ້າມີການສະໜອງວັດສະດຸອິນຊີເປັນຜູ້ໃຫ້ເອເລັກຕຣອນ.
ສະຫຼຸບ
ຂະບວນການຜຸພັງ ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນໃນທໍລະນີເຄມີແມ່ນປະຕິກິລິຍາແລກປ່ຽນເອເລັກຕຣອນທີ່ຄວບຄຸມຮູບແບບທາງເຄມີ, ການລະລາຍ ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ຂອງຫຼາຍອົງປະກອບໃນສະພາບແວດລ້ອມຂອງໂລກ. ເງື່ອນໄຂ Redox (ມັກຈະວັດແທກໂດຍ Eh) ກຳນົດວ່າສະພາບແວດລ້ອມມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ອົກໄຊ, ຊູນໄຟດ໌ ຫຼື ຮູບແບບທີ່ລະລາຍຂອງອົງປະກອບສະເພາະມີຄວາມໝັ້ນຄົງຫຼືບໍ່. ປະຕິກິລິຍາ Redox ຍັງມີບົດບາດສຳຄັນໃນການຜຸພັງຂອງແຮ່ທາດ, ການສ້າງແຮ່, ຄຸນນະພາບນ້ຳໃຕ້ດິນ, ມົນລະພິດ ແລະ ວົງຈອນຊີວະພູມເຄມີທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບຄາບອນ, ໄນໂຕຣເຈນ, ຊູນຟູຣິກ, ທາດເຫຼັກ ແລະ ແມງການີສ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈ Redox, ພວກເຮົາສາມາດຄາດຄະເນການປ່ຽນແປງທໍລະນີເຄມີໃນທຳມະຊາດໄດ້ດີຂຶ້ນ ແລະ ອອກແບບຍຸດທະສາດການຄຸ້ມຄອງສິ່ງແວດລ້ອມ - ຕົວຢ່າງ, ການປ້ອງກັນການລະບາຍນ້ຳຂອງແຮ່ກົດ, ການຄວບຄຸມສິ່ງປົນເປື້ອນ, ຫຼື ການປັບປຸງຄຸນນະພາບນ້ຳ.
ຖ້າທ່ານຕ້ອງການ, ຂ້ອຍສາມາດເພີ່ມຮູບແຕ້ມແຜນວາດ Eh-pH ແບບງ່າຍໆ, ຕົວຢ່າງບັນຫາກ່ຽວກັບການຄິດໄລ່ເລກອົກຊີເດຊັນ, ຫຼືສະບັບຂອງບົດຄວາມທີ່ສຸມໃສ່ກໍລະນີຕ່າງໆໃນປະເທດອິນໂດເນເຊຍ (ເຊັ່ນ: ການລະບາຍນ້ຳຈາກບໍ່ແຮ່ຖ່ານຫີນທີ່ເປັນກົດ, ດິນພີດ, ຫຼື ການປົນເປື້ອນສານຫນູໃນນ້ຳໃຕ້ດິນ).
