水中溶解的气体有哪些？
实验室k / 2019-08-12
地下水的重要组分之一是溶解和游离状态的气体：O2、CO2、H2S、N2、CH4及惰性气体。当介质的物理-化学条件变化时，它们能从水中逸出。在地球化学作用方面，水中的气体具有重大意义，实质上，地下水本身是一个水-气平衡体系。
(1)氧(O2) 氧在水中以被溶解的分子形式存在。水中氧的成因有加下几种：①来自大气；②水生植物的光合作用；③还原作用放出的氧。水中的氧由于微生物生命作用的吸收，氧化作用和有机残骸的发酵腐烂而被消耗，氧在水中的溶解度受温度影响，随温度增高而减少，在垂直方向上，地下水中的游离氧随深度而逐渐减少，到一定深度完全消失，这个深度叫做氧面，氧面的深度因潜水面的位置，水的运动方向，地质构造，岩石的透水性及气候条件而异，变化幅度较大，从几厘米到1公里或更多。
在氧面以下的深部，地球化学作用是在缺少游离氧的条件下进行的，在表生带，特别是在氧面以上，溶解氧是水中溶解气体的重要组成部分(氧在水中的溶解量达14毫克/升或更多)，它是化学风化的主要因素之一，在使铀转入溶液的过程中起重要作用。氧面以上主要是氧化作用，氧面以下则为还原作用，在氧化作用中，变价元素(Fe，Mn，U)可由低价离子变为高价离子，非含氧化合物(硫化物，砷化物)可变为含氧化合物(硫酸盐和砷酸盐)。
氧的影响与矿石的物质成分有关，也与介质的化学性质有关，资料表明，天然条件下的中性水，当不存在能与六价铀生成易溶化合物的离子时，由于UO3的溶解度低，氧化不会引起水中含量的较大增高。但当有黄铁矿存在时，含氧水对沥青铀矿的溶解就大为增加。
总之，地下水中的氧是促使矿物中的铀进入水中的条件之一。
(2)二氧化碳(CO2) 地下水中的二氧化碳，有大气成因的(大气扩散而来)、岩浆成因的、碳酸盐岩石变质分解以及土壤中有机物、矿物盐类、微生物的分解而生成的。二氧化碳在水中主要以溶解的气体分子形式存在，少部分(约1％)与水作用生成碳酸：
CO2+H2O ⇋H2CO3 ⇋H+＋HCO3-
所谓二氧化碳是指CO2、H2CO3和HCO3-的总合，在地下水中可达3.7克/升。它的地球化学作用是巨大的，一方面它影响着铀矿物的氧化作用，另一方面可以与铀酰生成络合离子而迁移。二氧化碳在天然水中，能引起矿物中碳酸盐杂质的溶解，形成HCO3-离子，并使六价铀生成易溶的碳酸盐络合物。所以，矿物和矿石中，碳酸盐杂质越多，二氧化碳的影响就越大。
试验表明，饱和二氧化碳的蒸馏水，可使铀自沥青铀矿和晶质铀矿向水溶液迁移的强度最大可增高15倍。试验过程中测定了溶液中HCO3-离子的含量，用蒸馏水做的试验中其含量为39-49毫克/升，而在用饱和二氧化碳的水所做试验中则为75毫克/升。HCO3-离子含量的增高说明，二氧化碳对铀向溶液的迁移的影响，与矿物中碳酸盐杂质的存在有关。所以二氧化碳对铀的溶解的影响与铀矿物成分有关。
当水中二氧化碳含量高时，U6+→U4+的氧化还原电位降低。因此，在还原条件下，铀也可能以[UO2(CO3)3]4-形式存在于水中。
当水的温度、压力等条件改变时，CO2逸出，络合物被破坏，铀就沉淀析出。
(3)甲烷(CH4)及重烃 它们是在有机物分解时，由各种生物化学作用而生成并聚集在地下水中的，含量可达50厘米3/升。甲烷本身对放射性元素的迁移无影响。但当有硫酸盐存在时，它可以与之作用并生成H2S，H2S则是强还原剂。
Ca2+＋SO42-＋2CH4→H2S＋Ca2+＋2HCO3-＋2H2O
(4)硫化氢(H2S) 地下水中的硫化氢，可由有机质(蛋白)的分解产生，这种情况见于油气田地下水中。.在缺氧条件下，硫酸盐被碳氢化合物还原形成。还可以在火山喷发时随其它气体逸出。它在天然水中的含量可达2克/升。硫化氢是强还原剂，主要存在于氧面以下的强还原环境中，是还原环境的重要标志。一般在还原环境H2S含量在77-100毫克/升以上。
(5)氮及惰性气体 它对放射性元素的迁移不发生影响。
地下水的气体成分，对铀向水中迁移的影响，还与矿石本身的物质成分有关。硫化物(首先是黄铁矿)与碳酸盐对铀在氧化带中的迁移起着积极的作用，当水中有氧及二氧化碳存在时，它们能使铀转入溶液的能力增强，就是说，含铀岩石中的碳酸盐或铀矿物中的碳酸盐杂质，可提高铀向溶液中迁移的强度。
水中气体成分对镭的迁移无直接影响，但水的气体成分及其含量，能反映水存在的地球化学条件，可帮助判断水中富集镭的原因。
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