Методика физико-химического моделирования

Наиболее общим и характерным свойством грунтов (в состав которых входят почвенные образования) является самопроизвольное стремление их компонентов к химическому взаимодействию и равновесию. Фундаментальной основой теоретического анализа почвенных систем служит метод физико-химического моделирования сложных химических равновесий в мультисистемах (мультисистемы – это системы, в которых число фаз в равновесии априори неизвестно, а потенциально возможных – превышает число независимых компонентов). При построении модели за основу взято теоретическое и практическое решение проблемы физико-химического моделирования состава сложных химических равновесий в гетерогенных мультисистемах, в которых одновременно присутствуют водный раствор электролита, конденсированные фазы (однокомпонентные и твердые растворы), газовая смесь и другие фазы различного агрегатного состояния, которое впервые осуществлено профессором И.К. Карповым и его школой (Карпов 1972, 1981, 1995; Казьмин и др. 1975: 18,19; Карпов и др. 2001).
В отличие от традиционных методов расчета равновесного состава простых систем по константам равновесия протекающих в них реакций, метод физико-химического моделирования реализует гиббсовский принцип минимума свободной энергии системы в равновесном состоянии, при котором составление уравнений реакций становится излишним. Это имеет решающее значение при изучении сложных систем, в том числе и почв и грунтов, в которых неизвестны все реакции.
Не углубляясь в детали, суть метода моделирования может быть изложена достаточно коротко. В этом методе объект исследования замещается другим - моделью, более простым и доступным для изучения, соответствующим объекту в некоторых основных отношениях. Результаты исследования модели переносятся на свойства объекта. По результатам изучения свойств природного объекта - прототипа - проводится схематизация, то есть исследователь выбирает существенные для дальнейшего исследования свойства прототипа и строит из них логическую схему. Затем, с привлечением законов точных наук на основе логической схемы строится теоретическая модель. Теоретическая модель исследуется, определяются ее свойства - следствия модели.
Для физико-химического исследования поведения железа в почве и близповерхностном грунте была создана и рассчитана физико-химическая модель при помощи программного комплекса WinSel.
В модели были учтены следующие важнейшие процессы:

1) Комплексообразование железа с неорганическими лигандами.
2) Комплексообразование железа с органическим веществом.
3) Влияние pH, Eh, ионной силы почвенных растворов.
4) Образование (разрушение) минералов железа.
5) Образование глинистых минералов.
6) Связывание растворенных форм железа глинистыми минералами.