Geokimyəvi modelləşdirmə və ya nəzəri geokimya geoloji sistemlərə təsir edən kimyəvi reaksiyaları təhlil etmək üçün əsas

Geokimyəvi modelləşdirmə və ya nəzəri geokimya — geoloji sistemlərə təsir edən kimyəvi reaksiyaları təhlil etmək üçün əsasən kompüterin köməyi ilə kimyəvi termodinamika, kimyəvi kinetika və ya hər ikisinin istifadə edilməsi. Bu təcrübədən yüksək temperaturlu geokimyada Yerin daxili hissəsində, məsələn, maqmada baş verən reaksiyaları simulyasiya etmək və ya Yer səthinə yaxın sulu məhlullarda baş verən aşağı temperaturlu reaksiyaları modelləşdirmək üçün istifadə olunur.

Sulu sistemlərə tətbiqi

Geokimyəvi modelləşdirmə müxtəlif sahələrdə, o cümlədən ətraf mühitin mühafizəsi və bərpası, neft sənayesi və iqtisadi geologiyada istifadə olunur. Bu təcrübədən təbii suların tərkibini; axan yeraltı və ya səth sularında çirkləndiricilərin hərəkətliliyi və parçalanmasını; torpaqdakı qidalandırıcı maddələrin və bərk tullantılardakı ağır metalların ion spesifikasiyasını; sənaye tullantılarının, buxarın və ya karbon qazının nüfuzu səbəbi ilə geoloji birləşmələrdə süxurların və mineralların formalaşması və parçlanamasını; dəniz suyunda karbon qazının həlli və onun okeanların turşulaşmasına təsirini; və mədən tullantıları səbəbi ilə turşulu suların yaranması və metalların yuyulmasını anlamaq üçün istifadə edilə bilər.

Tarixi

Kimyəvi modelləşdirməni geokimiyaya ilk dəfə 1962-ci ildə Qarrels və Tompson 25°C və bir atmosfer təzyiqində tətbiq etdilər. 1967-ci ildə Qarrels və Makkenzi bulaq suyundan kiçik miqdarda hissələr götürərək və su buxarlandıqca kimyəvi növlərin paylanmasını təkrar-təkrar hesablayaraq prosesdə baş verən kimyəvi reaksiyaları simulyasiya etdilər.

1968-ci ildə Helgeson tarazlıq və reaksiya yolu modellərini həll etmək üçün ilk kompüter proqramını təqdim etdi. O və həmkarları bu proqramdan havanın təsiri ilə aşınma, çökmə diagenezi, buxarlanma, hidrotermal dəyişikliklər və filiz çökməsi kimi geoloji prosesləri modelləşdirmək üçün istifadə etmişdilər. Sonrakı dövrlərdə geokimyəvi modelləşdirmə sahəsində əsas tənliklərin yenidən formalaşdırılması baş verdi: əvvəlcə bu tənliklər adi diferensial tənliklər kimi, daha sonra isə cəbr tənlikləri kimi ifadə olundu. Həmçinin kimyəvi komponentlər modellərdə ayrı-ayrı elementlər və elektronlar kimi deyil, suda həll olunan növlər, minerallar və qazlar şəklində təqdim olunmağa başladı. Bu yanaşma idarəedici tənlikləri və onların rəqəmsal həllini sadələşdirdi.

Fərdi kompüterlər və modelləşdirmə proqramlarındakı son təkmilləşdirmələr geokimyəvi modelləri daha əlçatan və onların həyata keçirilməsini daha çevik edib. Geokimyaçılar indi öz noutbuklarında mürəkkəb reaksiya yolunu və ya əvvəllər superkompüter tələb edən reaktiv hərəkət modellərini qura bilirlər.

Əsasən istifadə olunan proqramlar

ChemEQL
ChemPlugin
CHESS,HYTEC
CHILLER, CHIM-XPT
CrunchFlow
EQ3/EQ6
GEOCHEM-EZ
GibbsStudio
The Geochemist's Workbench
GWB Community Edition
GEMS-PSI
HYDROGEOCHEM
MINEQL+
MINTEQA2
ORCHESTRA
PHREEQC
Reaktoro
SOLMINEQ.88, GAMSPATH.99
TOUGHREACT
Visual MINTEQ
WATEQ4F
WHAM

İstinadlar

Zhu, C. and G. Anderson, 2002, Environmental Applications of Geochemical Modeling. Cambridge University Press, 300 pp.
Bethke, C.M., 2008, Geochemical and Biogeochemical Reaction Modeling. Cambridge University Press, 547 pp.
Garrels, R.M. and F.T. Mackenzie, 1967, Origin of the chemical compositions of some springs and lakes. Equilibrium Concepts in Natural Waters, Advances in Chemistry Series 67, American Chemical Society, Washington, DC, pp. 222-242
Helgeson, H.C., 1968, Evaluation of irreversible reactions in geochemical processes involving minerals and aqueous solutions, I. Thermodynamic relations. Geochemica et Cosmochimica Acta 32, 853-877
Helgeson, H.C., R.M. Garrels and F.T. Mackenzie, 1969, Evaluation of irreversible reactions in geochemical processes involving minerals and aqueous solutions, II. Applications. Geochemica et Cosmochimica Acta 33, 455-481
Zhu, C., 2009, Geochemical Modeling of Reaction Paths and Geochemical Reaction Networks. In E.H. Oelkers and J. Schott(eds.), 2009, Thermodynamics and Kinetics of Water-Rock Interaction. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 70, 533-569
Brady, P.V. and C.M. Bethke, 2000, Beyond the Kd approach. Ground Water 38, 321-322
Muller, B., 2004, CHEMEQL V3.0, A program to calculate chemical speciation equilibria, titrations, dissolution, precipitation, adsorption, kinetics, pX-pY diagrams, solubility diagrams. Limnological Research Center EAWAG/ETH, Kastanienbaum, Switzerland
van der Lee, J., and L. De Windt, 2000, CHESS, another speciation and complexation computer code. Technical Report no. LHM/RD/93/39, Ecole des Mines de Paris, Fontainebleau
Reed, M.H., 1982, Calculation of multicomponent chemical equilibria and reaction processes in systems involving minerals, gases, and aqueous phase. Geochimica et Cosmochemica Acta 46, 513-528.
Steefel, C.I. and A.C. Lasaga, 1994, A coupled model for transport of multiple chemical species and kinetic precipitation/dissolution reactions with application to reactive flow in single phase hydrothermal systems. American Journal of Science 294, 529-592
Steefel, C.I., 2001, GIMRT, Version 1.2: Software for modeling multicomponent, multidimensional reactive transport, User's Guide. Report UCRL-MA-143182, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California.
Wolery, T.J., 1992a, EQ3/EQ6, a software package for geochemical modeling of aqueous systems, package overview and installation guide (version 7.0). Lawrence Livermore National Laboratory Report UCRL-MA-110662(1).
Shaff, J.E., B.A. Schultz, E.J. Craft, R.T. Clark, and L.V. Kochian, 2010, GEOCHEM-EZ: a chemical speciation program with greater power and flexibility. Plant Soil 330(1), 207-214
Bethke, C.M., B. Farrell, and M. Sharifi, 2021, The Geochemist's Workbench Release 15 (five volumes). Aqueous Solutions LLC, Champaign, IL USA
Kulik, D.A., 2002, Gibbs energy minimization approach to model sorption equilibria at the mineral-water interface: Thermodynamic relations for multi-site surface complexation. American Journal of Science 302, 227-279
Cheng, H.P. and G.T. Yeh, 1998, Development of a three-dimensional model of subsurface flow, heat transfer, and reactive chemical transport: 3DHYDROGEOCHEM. Journal of Contaminant Hydrology 34, 47-83
Westall, J.C., J.L. Zachary and F.F.M. Morel, 1976, MINEQL, a computer program for the calculation of chemical equilibrium composition of aqueous systems. Technical Note 18, R.M. Parsons Laboratory, Department of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA.
Scherer, W.D. and D.C. McAvoy, 1994, MINEQL+, A Chemical Equilibrium Program for Personal Computers, User's Manual, version 3.0. Environmental Research Software, Inc., Hallowell, ME.
Allison, J.D., D.S. Brown and K.J. Novo-Gradac, 1991, MINTEQA2/ PRODEFA2, a geochemical assessment model for environmental systems, version 3.0 user's manual. US Environmental Protectiona Agency Report EPA/600/3-91/021.
"ORCHESTRA | Geochemical and Transport Modelling" (ingilis). İstifadə tarixi: 2022-09-29.
Parkhurst, D.L., 1995, User's Guide to PHREEQC, a computer model for speciation, reaction-path, advective-transport and inverse geochemical calculations. US Geological Survey Water-Resources Investigations Report 95-4227.
Parkhurst, D.L. and C.A.J. Appelo, 1999, User's Guide to PHREEQC (version 2), a computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport and inverse geochemical calculations. US Geological Survey Water-Resources Investigations Report 99-4259.
Leal, A.M.M., Kulik, D.A., Smith, W.R. and Saar, M.O., 2017, An overview of computational methods for chemical equilibrium and kinetic calculations for geochemical and reactive transport modeling. Pure and Applied Chemistry. 89 (5), 145–166.
Perkins, E.H., 1992, Integration of intensive variable diagrams and fluid phase equilibria with SOLMINEQ.88 pc/shell. In Y.K. Kharaka and A.S. Maest (eds.), Water-Rock Interaction, Balkema, Rotterdam, p. 1079-1081.
Xu, T., E.L. Sonnenthal, N. Spycher and K. Pruess, 2004, TOUGHREACT user's guide: A simulation program for non-isothermal multiphase reactive geochemical transport in variably saturated geologic media. Report LBNL-55460, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California.
hem.bredband.net/b108693/-VisualMINTEQ_references.pdf
Ball, J.W. and D.K. Nordstrom, 1991, User's manual for WATEQ4F, with revised thermodynamic data base and test cases for calculating speciation of major, trace, and redox elements in natural waters. US Geological Survey Open File Report 91-183.
Tipping E., 1994, WHAM - a chemical equilibrium model and computer code for waters, sediments and soils incorporating a discrete site/electrostatic model of ion-binding by humic substances. Computers and Geosciences 20, 973-1023.

Əlavə oxu

Appelo, C.A.J. and D. Postma, 2005, Geochemistry, Groundwater, and Pollution. Taylor & Francis, 683 pp. ISBN
Bethke, C.M., 2008, Geochemical and Biogeochemical Reaction Modeling. Cambridge University Press, 547 pp. ISBN
Merkel, B.J., B. Planer-Friedrich, and D.K. Nordstrom, 2008, Groundwater Geochemistry: A Practical Guide to Modeling of Natural and Contaminated Aquatic Systems. Springer, 242 pp. ISBN
Oelkers, E.H. and J. Schott (eds.), 2009, Thermodynamics and Kinetics of Water-Rock Interaction. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 70, 569 pp. ISBN
Zhu, C. and G. Anderson, 2002, Environmental Applications of Geochemical Modeling. Cambridge University Press, 300 pp. ISBN

[1] Zhu, C. and G. Anderson, 2002, Environmental Applications of Geochemical Modeling. Cambridge University Press, 300 pp.

[GBRM-2] Bethke, C.M., 2008, Geochemical and Biogeochemical Reaction Modeling. Cambridge University Press, 547 pp.

[3] Garrels, R.M. and F.T. Mackenzie, 1967, Origin of the chemical compositions of some springs and lakes. Equilibrium Concepts in Natural Waters, Advances in Chemistry Series 67, American Chemical Society, Washington, DC, pp. 222-242

[4] Helgeson, H.C., 1968, Evaluation of irreversible reactions in geochemical processes involving minerals and aqueous solutions, I. Thermodynamic relations. Geochemica et Cosmochimica Acta 32, 853-877

[5] Helgeson, H.C., R.M. Garrels and F.T. Mackenzie, 1969, Evaluation of irreversible reactions in geochemical processes involving minerals and aqueous solutions, II. Applications. Geochemica et Cosmochimica Acta 33, 455-481

[6] Zhu, C., 2009, Geochemical Modeling of Reaction Paths and Geochemical Reaction Networks. In E.H. Oelkers and J. Schott(eds.), 2009, Thermodynamics and Kinetics of Water-Rock Interaction. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 70, 533-569

[7] Brady, P.V. and C.M. Bethke, 2000, Beyond the Kd approach. Ground Water 38, 321-322

[8] Muller, B., 2004, CHEMEQL V3.0, A program to calculate chemical speciation equilibria, titrations, dissolution, precipitation, adsorption, kinetics, pX-pY diagrams, solubility diagrams. Limnological Research Center EAWAG/ETH, Kastanienbaum, Switzerland

[9] van der Lee, J., and L. De Windt, 2000, CHESS, another speciation and complexation computer code. Technical Report no. LHM/RD/93/39, Ecole des Mines de Paris, Fontainebleau

[10] Reed, M.H., 1982, Calculation of multicomponent chemical equilibria and reaction processes in systems involving minerals, gases, and aqueous phase. Geochimica et Cosmochemica Acta 46, 513-528.

[11] Steefel, C.I. and A.C. Lasaga, 1994, A coupled model for transport of multiple chemical species and kinetic precipitation/dissolution reactions with application to reactive flow in single phase hydrothermal systems. American Journal of Science 294, 529-592

[12] Steefel, C.I., 2001, GIMRT, Version 1.2: Software for modeling multicomponent, multidimensional reactive transport, User's Guide. Report UCRL-MA-143182, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California.

[13] Wolery, T.J., 1992a, EQ3/EQ6, a software package for geochemical modeling of aqueous systems, package overview and installation guide (version 7.0). Lawrence Livermore National Laboratory Report UCRL-MA-110662(1).

[14] Shaff, J.E., B.A. Schultz, E.J. Craft, R.T. Clark, and L.V. Kochian, 2010, GEOCHEM-EZ: a chemical speciation program with greater power and flexibility. Plant Soil 330(1), 207-214

[15] Bethke, C.M., B. Farrell, and M. Sharifi, 2021, The Geochemist's Workbench Release 15 (five volumes). Aqueous Solutions LLC, Champaign, IL USA

[16] Kulik, D.A., 2002, Gibbs energy minimization approach to model sorption equilibria at the mineral-water interface: Thermodynamic relations for multi-site surface complexation. American Journal of Science 302, 227-279

[17] Cheng, H.P. and G.T. Yeh, 1998, Development of a three-dimensional model of subsurface flow, heat transfer, and reactive chemical transport: 3DHYDROGEOCHEM. Journal of Contaminant Hydrology 34, 47-83

[18] Westall, J.C., J.L. Zachary and F.F.M. Morel, 1976, MINEQL, a computer program for the calculation of chemical equilibrium composition of aqueous systems. Technical Note 18, R.M. Parsons Laboratory, Department of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA.

[19] Scherer, W.D. and D.C. McAvoy, 1994, MINEQL+, A Chemical Equilibrium Program for Personal Computers, User's Manual, version 3.0. Environmental Research Software, Inc., Hallowell, ME.

[20] Allison, J.D., D.S. Brown and K.J. Novo-Gradac, 1991, MINTEQA2/ PRODEFA2, a geochemical assessment model for environmental systems, version 3.0 user's manual. US Environmental Protectiona Agency Report EPA/600/3-91/021.

[21] "ORCHESTRA | Geochemical and Transport Modelling" (ingilis). İstifadə tarixi: 2022-09-29.

[22] Parkhurst, D.L., 1995, User's Guide to PHREEQC, a computer model for speciation, reaction-path, advective-transport and inverse geochemical calculations. US Geological Survey Water-Resources Investigations Report 95-4227.

[23] Parkhurst, D.L. and C.A.J. Appelo, 1999, User's Guide to PHREEQC (version 2), a computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport and inverse geochemical calculations. US Geological Survey Water-Resources Investigations Report 99-4259.

[24] Leal, A.M.M., Kulik, D.A., Smith, W.R. and Saar, M.O., 2017, An overview of computational methods for chemical equilibrium and kinetic calculations for geochemical and reactive transport modeling. Pure and Applied Chemistry. 89 (5), 145–166.

[25] Perkins, E.H., 1992, Integration of intensive variable diagrams and fluid phase equilibria with SOLMINEQ.88 pc/shell. In Y.K. Kharaka and A.S. Maest (eds.), Water-Rock Interaction, Balkema, Rotterdam, p. 1079-1081.

[26] Xu, T., E.L. Sonnenthal, N. Spycher and K. Pruess, 2004, TOUGHREACT user's guide: A simulation program for non-isothermal multiphase reactive geochemical transport in variably saturated geologic media. Report LBNL-55460, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California.

[27] .bredband.net/b108693/-VisualMINTEQ_references.pdf

[28] Ball, J.W. and D.K. Nordstrom, 1991, User's manual for WATEQ4F, with revised thermodynamic data base and test cases for calculating speciation of major, trace, and redox elements in natural waters. US Geological Survey Open File Report 91-183.

[29] Tipping E., 1994, WHAM - a chemical equilibrium model and computer code for waters, sediments and soils incorporating a discrete site/electrostatic model of ion-binding by humic substances. Computers and Geosciences 20, 973-1023.