Hidrológiai Közlöny 1966 (46. évfolyam)

4. szám - Dr. Balázs Dénes: A keveredési korrózió szerepe a karsztosodásban

Hidrológiai Közlöny 1966. 4. sz. 179 VÍZKÉMIA A keveredési korrózió szerepe a karsztosodásban Dr. BALÁZS D fi N E S A vízben oldódó kőzetek sajátos pusztulási folyamata, a karsztosodás igen bonyolult jelenség. E komplex denudációs hatásösszletből elsősorban a kémiai korróziós folyamatokat kell kiemelnünk, mert a karsztosodásra hajlamos kőzeteken (a mészkövön, a dolomiton stb.) a specifikus karsztos pusztulási formáknak ez a fő létrehozója. Nem hanyagolható el azonban — főleg semiaridus és aridus területeken —- a különböző mechanikai (eróziós) pusztító erők hatása sem, mely mennyiségi tekintetben ilyen feltételek mellett meghaladja a vegyi pusztulás denudációs értékét. A karsztos pusztulás legtöbb feladatot adó kutatási területe az oldásos, korróziós folyamatok vizsgálata. Nem véletlen, hogy az elmúlt évtizedben a karsztkutatók jelentős része a karsztosodási folyamat sok megoldatlan kérdésének tisztázása céljából a kémia vizsgáló eszközeihez nyúlt. Bár a korrózió intenzitását eleve nagymértékben meghatározzák az egyes kőzetfáciesek petrográfiai és tektonikai viszonyai, továbbá a korróziós folyamatot irányító éghajlati feltételek, azonban ezeken túlmenően a kémiai folyamatok közepette is olyan sajátos törvényszerűségek hatnak, melyek még csak részben ismertek. Egyik ilyen jelenség a keveredési korrózió is. A mészkő oldódási folyamata Mielőtt a keveredési korrózió ismertetésére rátérnénk, szükséges rövid összefoglalást nyújtani magáról a karsztkorróziós folyamatról. (Mivel a gyakorlatban a karsztosodás 65—90%-ban mészköves területen zajlik, a továbbiakban a karsztosodé kőzet alatt mészkövet értünk.) A mészkő kis mértékben már desztillált vízben is oldódik. A szilárd CaC0

3 vizes oldatban Ca

+

J~ és C0

3 ionokra disszociál. Lehmann 0. [7] szerint 1 liter tiszta vízben 16°C-on 13,1 mg, 25°C-on 14,3 mg CaC0

3 oldódik. Hodgman legújabb kémiai kézikönyve szerint a hideg víz 14,25 mg/l, a meleg víz 18,75 mg/l CaC0

3 oldására képes. A CaC0

3 kristályos változatai közül az aragonit jobban oldódik (15,3 mg/l), mint a kalcit (14,3 mg/l). A természetben a mészkővel kapcsolatba kerülő víz azonban sohasem „tiszta", hanem többkevesebb oldott széndioxidot (C0

2) tartalmaz, melyet a lehulló csapadék kisebb részben a szabad légkörből, nagyobb részben a talajlevegőből vesz fel. A vízbe kerülő C0

2 egy része szénsavvá alakul át az ismert képlet szerint: C0

2 + H

20 — H

2C0

3 A következő, az előzőtől el nem választható lépés a CaC0

3 oldódása a szénsav hatására hidrogénkarbonáttá : H

2C0

3 + CaC0

3 - Ca(HC0

3)

2 Ezek a kémiai reakciók egyensúlyra törekvő reverzibilis folyamatok, amelyek mészkőoldáskor a felső nyilak irányában zajlanak le, mészkőkiváláskor (cseppkőképződés stb.) pedig az alsó nyilak szerint. A vízbe kerülő C0

2-nek csak kis része (Thiel és Strochecker szerint 4°C-on csak 0,7%-a) alakul át H

2C0

3-má, nagyobb része (az előbbiek szerint 99,3%) fizikailag oldott állapotban van. Az oldási folyamat során a vízbe került C0

2 újabb mennyiségei alakulnak át szénsavvá, majd hidrogénkarbonát formában kötődnek le. A hidrogénkarbonátok azonban csak akkor maradhatnak oldatban, ha a vízben megfelelő mennyiségű ún. egyensúlyi vagy tartozékos C0

2 is jelen van. A C0

2 tehát két alakban fordul elő az oldatban : 1. kötött formában, azaz hidrogénkarbonátokban [Ca(HC0

3)

2], 2. szabad állapotban, amely mint oldott gáz (C0

2) vagy H

2C0

3 lehetséges. A vízben oldott C0

2 mennyiségből kötött állapotba került C0

2 mennyisége arányos az oldatban levő Ca ionok mennyiségével. A vízben levő szabad C0

2 ismét két mennyiségi komponensből tevődik össze : a) tartozékos vagy egyensúlyi C0

2, b) agresszív C0

2, amely a szénsav feleslegnek (szabad-tartozékos C0

2) csak egy része. A tartozékos vagy egyensúlyi széndioxid — mint említettük — Ca ionok oldatban tartásához szükséges. Mennyiségének kiszámítására Tillmans [9] egyszerű képletet szerkesztett : (kötött C0

2)

3 tartozékos C0

2 = K

t Az egyenletbe a kötött C0

2 mg/l értéke helyettesítendő be és ebben az esetben a tartozékos C0

2 mennyiségét is mg/l-ben kapjuk meg. A K

t valamely t hőmérsékleten meghatározott állandót jelent. Tilllmans képlete alapján Papp Sz. [8] táblázatot állított össze a különböző karbonátkeménységű vizek tartozékos C0

2 mennyiségéről — mészszéndioxid egyensúlyi helyzetet feltételezve — különböző hőmérsékletek mellett. 1. táblázat Kötött co

2 [mg/l] Tartozékos co

2 [mg/l] Tart. C0

2 a kötött co

2 %-ában 1 n ,k.° karb. keménységnél 7,86 0,00 0 5 n karb. keménységnél 39,3 1,21 3,1 10 n k.° karb. keménységnél 78,6 9,77 12,4 15 n k.° karb. keménységnél 117,9 33,0 28,0 20 n k.° karb. keménységnél 157,1 78,0 49,6 25 n k.° karb. keménységnél 196,4 152,8 77,8 30 n k.° karb. keménységnél 235,7 263,8 111,9