3. Формирование подземных вод

Подземные воды образуются различными способами.

Два основных способа образования подземных вод — путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах — главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вадозными. Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Инфильтрация

Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20% от общего количества выпавших атмосферных осадков. Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы — водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам — плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели. Количество воды, просочившийся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень. Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт. Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.

Конденсация водных паров - конденсация водяных паров в горных породах.

Ювенильные воды - ещё один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации (разделении) магма.

Седиментационные воды формируются в процессе геологического осадкообразования и обычно представляют собой измененные захороненные воды морского происхождения — хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциево-натриевые и др. К ним же относятся погребённые рассолы солеродных бассейнов, а также ультрапресные воды песчаных линз в мореных отложениях.

Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.

4. Виды свободной и связанной воды в горных породах.

В подземной части гидросферы могут быть выделены две принципиально различные группы подземных вод:

1. Воды в свободном состоянии, способные к самостоятельным формам движения, различным, в зависимости от конкретного вида воды. Существует в виде:

• Пара (парообразная); - заполняет пустоты в горных породах при их неполном насыщении жидкостью, или в виде пароводяной смеси.

• Гравитационные воды (просачивающейся капельножидкой воды, подземных потоков)

• В надкритическом состоянии – температура и давление выше критических.

2. Воды в связанном состоянии, не способные к самостоятельным формам движения, без перехода в свободное состояние. Входит в состав породообразующих минералов и минеральных соединений или различным образом связанная с поверхностью минерального скелета горной породы. Не передает гидростатического давления и не передвигается под действием силы тяжести. Существуют в виде:

• Вода, химически связанная с кристаллической структурой минералов (гипс)

• Вода, физико-химически и физически связанная с поверхностью минеральных частиц (скелета) горных пород;

• Вода переходного состояния от связанной к свободной, в том числе капиллярно-связанная;

• Иммобилизованная (вакуольная) вода – вода, которая содержится в изолированных пустотах минерального скелета горных пород.

• Вода в твердом состоянии (лед) – многолетнемерзлые породы, приповерхностные слои сезонного промерзания.

5) Макрокомпоненты - растворенные в воде твердые минеральные вещества в ионном и молекулярном состоянии, количественно преобладающие в природных водах. Они составляют в пресных водах свыше 90—95%, а в высокоминерализованных — свыше 99% всех растворенных веществ. Концентрации МК не должны быть ниже 1 мг/дм3. Главные ионы анионов и катионов HCO3–, CO32–, SO42–, Cl–, Ca2+, Mg2+, Na+, K+. Концентрации и возможность накопления в подземных водах макрокомпонентов определяются геолого-гидрогеологическими условиями данного района и во многом зависят от минерального состава водовмещающих пород, живые организмы, деятельность человека, климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия.

ВТОРОСТЕПЕННЫЕ КОМПОНЕНТЫ- компоненты, характеризующиеся высоким кларком (числа, выражающие среднее содержание химических элементов в земной коре) элементов, но низкой растворимостью природных соединений, или небольшим кларком, но сравнительно хорошей растворимостью солей. К ним принято относить соединения азота (NH4+, NО3-, NO2-), железо, алюминий, кремнекислоту, фосфор. В К почти всегда присутствуют в подземных водах, но содержание их обычно не превышает нескольких мг/л.

МИКРОКОМПОНЕНТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД - Растворённые в воде элементы и их соединения, имеющие, как правило, невысокую концентрацию -10 мг/л, что связано с низким кларком элементов в земной коре и часто плохой растворимостью. Наиболее распространёнными являются йод, бром, бор, фтор, стронций, литий, радиоактивные элементы. МК в общем не влияют на основные гидрохимич. свойства воды, но придают ей специфич. особенности. Некоторые при высоких концентрациях могут служить объектом добычи, другие имеют поисковое гидрогеохимич. значение. Многие микрокомпоненты служат индикаторами гидрогеохимич. процессов и могут быть использованы как показатели загрязнения.

Рассеянные компоненты. Компоненты с ничтожной концентрации, что их сложно определить. Например: Бериллий, Молибден, Золото, Олово, Серебро, Платина, Цезий.

Классификация подземных вод по степени минерализации, г/ л В. И. Вернадский, 1931 — 1936 1 . Пресные До 1,0 2. Солоноватые 1,0-10 3. Соленые 10,0 — 50,0 4. Рассолы более 50,0 И. К. Зайцев, 1958 1. Пресные до 1,0 a) мягкие » 0,5 б) жесткие » 1,0 2. Солоноватые 1,0 — 10,0 а) слабо солоноватые 1,0 — 3,0 б) Сильно солоноватые 3,0-10,0 3. Соленые 10,0 — 50,0 а) слабосоленые 10,0 — 25,0 б) сильносоленые 25,0 — 50,0

Карбонатное равновесие. Химическое равновесие между содержанием СО3, HCO3 и СО2 (свободной углекислотой), к-рое тесно связано с величиной рН. Свободная углекислота может присутствовать при рН > 8,3 - 8,4. В нейтральных водах преобладает HCO3 , СО3 преобладает при рН>10. Количество СО2, равновесное содержанию растворённого CO3 , называется равновесной углекисл-й. Избыточное количество СО2 называется агрессивной углекислотой, так как двуокись углерода активно взаимодействует с карбонатами и частично переводит их в раствор. Недостаток HCO3 относительно СО2 называется дефицитом карбонатного насыщения.