Растворенное железо в грунтовых водах мела(известковые) из Норфолка, Англия

((Воды мела Более низкая зона  передачи. РИС. 6. А-pH-фактор более  низких вод зоны передачи от  Мела. (См. Рис. 1 для деталей границ  фазы.)

((Разгрузка вод мела и местные  зоны обращения. РИС. 7. А-pH-фактор  разгрузки и местных вод зоны  обращения от Мела. (См. Рис. 1 для  деталей границ фазы.)

Содержание железа в грунтовых  водах мела также показывает систематические  изменения вдоль линий потока грунтовой воды, как обозначено в  Таблице 3. Самые высокие железные концентрации найдены в перезаряжать зоне, и железо показывает общее  уменьшение к зоне разгрузки. Самые  низкие концентрации происходят в окисленных водах местной клетки обращения. В перезаряжать зоне железные концентрации подобны глине - до вод с немного  более высокой скупой ценностью. Так как индексы насыщенности показывают отмеченную агрессивность - пирит опеки (Таблица 2), возможно, что  увеличение происходит из-за раствора пирита от мела (Хэнкок 1975; Морган-Джонс 1977). Альтернативно, различие может  быть очевидным просто благодаря  небольшому количеству вовлеченных  образцов.

Вертикальное изменение содержания железа в грунтовой воде в мелу показывают в Рис. 8. В перезаряжении  и передаче зонирует уменьшения содержания железа с увеличивающейся глубиной. Уменьшение больше всего отмечено в  перезаряжать зоне (Hindolveston) и прогрессивно меньше в верхних и более низких зонах передачи (Эдджефилд и Вуд  Даллинг). А тенденции вообще отражают содержание железа с самым низким, А оценивает появление около  вершины мела и менее отрицательных  величин, получаемых в глубине. Таким  образом глубже, и вероятно более  медленное перемещение, грунтовые  воды несколько менее уменьшены, чем воды близко к вершине мела.

Горизонтальные и вертикальные сокращения содержания железа, вероятно, отражают осаждение железного минерала, возможно siderite. Большинство грунтовых  вод мела составляет заговор в siderite области стабильности на Фигах. 1 А, 1B, 5 и 6, указывая, что это - самая устойчивая фаза. Таблица 2 показывает, что почти все воды насыщаются относительно siderite. Однако, Berner (1971, p. 200), указывает что реакция

FeCO3(s)  +  Ca ++ ~  CaCO3(s)  +  Fe +§

одобряет формирование кальцита в  предпочтении к siderite если порция деятельности aFe§ ++> 0.05. Ценности отношения концентрации mFe/mCa показывают как процент в Таблице 2, колонке 6. Смещение Siderite одобрено по кальциту в водах дрейфа от Edgefield (3.5 м b.g.l.) и Красные Ямы, и в верхних немногих метрах буровых скважин мела в перезаряжении и верхних зонах передачи. В Вуде Даллинге siderite смещение мог произойти от типовых 35 м b.g.1, в марте, но не в ноябре. Кажется вероятным, что вертикальное изменение в содержании железа в перезаряжении и верхней зоне передачи происходит из-за осаждения siderite вскоре после того, как вода вошла в водоносный слой. Глубже, медленнее у движущихся вод и найденных в частях нисходящего потока водоносного слоя есть содержание железа, которым очевидно управляет насыщенность относительно siderite и кальцита вместе. Возможно некоторый железный карбонат - co-precipitated с кальцитом.

((РИС. 8. Вертикальное изменение  содержания железа в буровых  скважинах Мела. Hindolveston находится в Перезаряжать Zone и Edgefield. Вуд Даллинг и Станция очистки сточных вод Корпасти находятся в Верхних и Более низких Зонах Передачи и Зоне Разгрузки. соответственно.))

Роль железных бактерий

Роль железных бактерий в катализации  окислительно-восстановительных реакций, вовлекающих железо, известна (Cullimore & McCann 1978). Пробуя буровую скважину Corpusty толстые студенистые приостановки красновато-коричневого материала  наблюдались в воде буровой скважины несколько раз. Содержание железа в  этом материале расположилось Fe на 600 мг за литр приостановки (см. основание  Таблицы 2 3 линии), хотя растворенное железо, полное решимости от фильтрованных  образцов, было очень низко. Экспертиза приостановки с микроскопом показала его, чтобы состоять из массы волокнистых  бактерий с непрозрачными красновато-коричневыми  глыбами железа oxyhydrox-иды, приложенные  к ним с промежутками вдоль  их длины. Никакие бактерии не наблюдались  в других буровых скважинах, и  колония в буровой скважине Corpusty присутствовала только в средней  части водной колонки. Очень немного  бактериальных нитей присутствовали в образцах, оттянутых из вершины  и основания буровой скважины. Кажется, что бактерии наиболее изобилуют  частью буровой скважины где окислено местное circultion соединение вод с богатыми железом уменьшенными водами регионального  потока. Это - интригующий вопрос относительно того, процветают ли бактерии в этом местоположении, потому что буровая  скважина в местном масштабе увеличивает  смешивание между этими двумя  потоками воды, или присутствуют ли железные бактерии вообще в промежутках  скалы вдоль границы между  местными и региональными клетками обращения. Если бы последний, оказывается, имеет место, это предположило бы, что железные бактерии могут часто  быть важными в формировании goethite и заполнениях перелома limonite в  скалах карбоната.

Обсуждение

Отношения между образцами обращения  грунтовой воды, установленной от меры по piezometric - ments, и ее железная химия, получены в итоге на Рис. 9. Схематическая  секция показывает образцы потока грунтовой  воды от областей междуречья до зоны разгрузки  на дне долины Буре. Перезарядите входит в водоносные слои через глину - до, в котором пирит окислен и  растворен, чтобы дать железный сульфат, и А уменьшен до отрицательных  величин (На Рис. 9). Эта химия характеризует  воды водоносного слоя дрейфа ниже глины - до. Некоторые воды от дрейфа перемещаются через низкий слой проходимости мела замазки (B) и в высший мел, где  они продолжают растворять пирит, но также и ускорять siderite. Обращение  через мел, вероятно, довольно медленное  и есть постепенное снижение в  довольном Fe и небольшое увеличение А вдоль линий потока от C до D. В разгрузке зонируют повышения  грунтовой воды мела к веснам, и  просачивается в дне долины E, и А увеличен и содержание Fe, уменьшенное, смешиваясь с окисленной водой от местной клетки обращения F. У этой воды есть низкое содержание Fe, которым  управляет растворимость железа oxyhydroxides. В зоне самого большого смешивания, G, железо, растворенное в более глубоких обращающихся водах, может быть ускорено как Fe (О), 3, возможно, с некоторым  катализом от бактерий.

Подобный образец обращения  был выведен Ллойдом и др. (1981) из рассмотрения водной химии и содержания радиоуглерода в грунтовых водах  мела в Эссексе. В той области  есть местное обращение окисленной, богатой нитратом грунтовой воды ниже главных долин. Ниже того, пока - покрытые междуречья там не намного  более медленное, перезаряжают к  мелу, и вода химически уменьшена. Ллойд и др. не исследовал распределение  железа в Эссексских водах, но было бы удивительно, если бы железо не следовало  за тем же самым образцом относительно потока грунтовой воды в Эссексе, как это делает в Норфолке. В  данном исследовании главные особенности  образца потока грунтовой воды были выведены из одних только piezometric данных, и затем раньше демонстрировали изменения содержания железа и А относительно потока, тогда как, в исследовании Ллойдом и др., образцы потока грунтовой воды были в основном выведены из химических данных.

Результаты, полученные в данном исследовании, могут быть противопоставлены тем  из Edmunds (1973) от Линкольнширского Известняка и Morgan Jones & Eggboro (1981) от юрского известняка Глостершира. В обоих из этих случаев  грунтовые воды - неограниченных recharage областей хорошо окислены и низко  в железе. Повышения содержания железа и А уменьшены, когда вода передает downdip ниже ограничения слоев. Edmunds (1973) идентифицирует зону в пределах ограниченного  водоносного слоя, в котором окислительно-восстановительный  потенциал быстро уменьшен с расстоянием  от обнажения и предполагает, что  бактериальное сокращение нитрата  и органического вещества может  быть ответственным за скорость изменения. В данном исследовании, однако, грунтовых  водах - химия становится уменьшенной  во время прохождения через лежащие  страты в самой перезаряжать зоне. Предыдущее исследование водной порой  химии Копьями & Надсмотрщиками (1975) точно определило роль депозитов  дрейфа в определении главной  химии иона в триасовом водоносном слое песчаника Долины Йорка и, до некоторой степени, тот же самый  контроль относится А и содержание железа в грунтовой воде мела в  Норфолке.

((РИС. 9. Схематическая секция, чтобы  показать обращение грунтовой  воды относительно железа geochemistry в верхнем дренаже Реки Буре. Для объяснения см. текст.))

Заключение

Главное применение данного исследования находится в предсказании зон  богатой железом воды в регионах, где над водоносными слоями мела лежат ледниковые кассы. Ниже глины - до плато, мел и воды дрейфа, как  могут ожидать, будут содержать  несколько миллиграммов за литр железа как распущенный Fe ++, который будет  обычно ускорять как Fe (О), 3, когда грунтовые  воды будут принесены к поверхности. В большей части Восточной  Англии, однако, можно ожидать, что  у грунтовых вод ниже главных  долин, которые прорубают эти  ледниковые кассы, будет относительно низкое содержание железа из-за обращения  местного жителя, перезаряжают, который  не проходит до. Скалы ниже долин  могут быть местом смещения заполнений перелома железных гидроокисей (limonite) или goethite.

ПОДТВЕРЖДЕНИЯ.

Это исследование было выполнено во время посещения Сун Линь-Хуа  в университет Восточной Англии, как часть обменной программы  между китайской Академией наук, Пекин, и Королевским обществом, Лондоном. Мы благодарим Власти Англиан  Уотер и особенно Алана Бэннистера, для сотрудничества и поддержки, Лори Картрайта, Мартина Берроуса, Франка Робинсона и Лео Рейнолдса  для помощи в полевых исследованиях, мастерской и лаборатории, и Секции Гидрогеологии, Бирмингемском университете для деталей геофизической заготовки  леса.