非平衡水-岩反应——Ⅰ.界面控制的反应模式

在建立一种受表面过程控制的水-岩反应的新模式时,联合使用了已形成的晶体生长理论和硅酸盐溶解实验结果。联立质量传递速度方程和界面分离过程速度方程,求出了稳态条件下的总反应速率。如果界面反应控制总反应速率,那么非稳态过程就可成功地加以处理。对于大多数不易溶解的矿物来说,作为确定速率的因子,通过溶液的扩散可以忽略。 许多表面过程是由总界面不饱和度驱动的,但只有那些促进分离的过程才对溶解有贡献。另外,与非分离作用有关的表面过程导致了溶解速率较低。许多矿物-溶液反应的低速率,是那些消耗能量的表面过程造成的,而这种能量在其它情况下会驱动分离作用。 界面反应速率与时间的关系的分析结果表明,如果均匀分离或层源生成机制(如螺旋位错)控制溶解速率,那么直线速率规律就起作用。在低界面不饱和度的条件下,一级对数速率规律占优势。如果表面分离参数随时间的二分之一次方而变化,那么界面反应速率与时间的关系曲线就呈抛物线形状。