Вопрос 29. Условия формирования химического состава подземных вод

В верхней части земной коры подземная вода, движущаяся в различных толщах горных пород и взаимодействующая с ними, растворяется и выщелачивает содержащиеся в них вещества и таким образом превращается в раствор сложного состава. Инфильтрующаяся в г/п атмосферная, слабо минерализованная вода, обогащается по пути движения не только различными солями, но и органическим ве­ществом и газами. Изменение химического состава подземных вод происходит в результате смешения вод различной минерализации, ис­парения и т.д. К числу основных природных условий, от которых зависит химический состав подземных вод, относятся: климатические осо­бенности, характер почвенного слоя, состав горных пород, деятель­ность живых организмов.

В районах избыточного увлажнения вследствие интенсивного питания и подземного стока подземные воды слабо минерализованы, в засушливых степях – наоборот.

Процесс формирования химического состава подземных вод весьма сложен. Г.Н. Каменским выделены следующие основные генетические циклы:

1. Инфильтрационный, или континентальный, связанный с процессами выветривания в верхних слоях земной коры.

2. Морской, или осадочный, связанный с проникновением морских вод в толщи пород в процессе осадкообразования.

3. Метаморфический и магматический.

Вопрос 30. Макрокомпоненты химического состава подземных вод

К этому понятию относят элементы, составляющие основную часть минерализации. Они определяют геохимический облик воды. В гидрохимии используют шестикомпонентный состав подземных вод:

Анионы: Cl^-, SO₄^2-, (HCO₃^- + CO₃^2-)

Катионы: Ca²⁺, Мg²⁺ , (Nа⁺ + К⁺)

Распределение макрокомпонентов с ростом минерализации следующее: в области пресных вод преобладает гидрокарбонат-ион, сульфат-ион – в солоноватых и хлор-ион – в соленых водах. В катион-ном составе пресные воды обычно кальциевые, а соленые - натриевые. Эти закономерности объясняются растворимостью соединения СаСО₃ и МgСО₃, СаSО₄ * 2Н₂О и NаСl, которые при росте минерализации ограничивают накопление соответствующих ионов.

Хлор-ион наиболее часто содержится в подземных водах в виде соединения NаСl. Накапливаясь в океане, хлор является затем основным компонентом седиментационных вод. Для пресных подземных вод источником хлора могут быть хлорсодержащие минералы. Техноген­ный фактор также ведет к увеличению содержания хлора в подземных водах. Как правило, подземные воды, предназначенные для питьевого использования, не должны содержать более 350 мг/л хлор-иона.

Сульфат-ион. Происхождение иона SО₄^2- различно. Он может образовываться в результате выщелачивания из горных пород (гипс, ан­гидрит), а также в процессе окисления сернистых соединений (пирит). В питьевых водах содержание SО₄^2- обычно не должно превышать 500 мг/л.

Гидрокарбонат- и карбонат-ион. В гидросфере их содержание гораздо ниже содержания хлора и сульфата. Причина заключается в об­разовании трудно растворимых карбонатов кальция и магния. Гидрокарбонатные ионы преобладают в природных водах при минерализа­ции до 0.5 г/л. В солоноватых и соленых водах их мало.

Натрий-ион широко распространен, входит в состав многих силикатов и легкорастворимых минералов. В природных водах хорошо коррелируется с содержанием хлора. Находится в пресных и соленых водах. Источником натрия являются легкорастворимые соли, морская вода и т.д. В питьевой воде не должно содержаться натрия более 200 мг/л.

Калий-ион хорошо сорбируется глинистыми минералами. Первичные калиевые минералы разрушаются медленнее, чем натриевые. В природе калий быстрее, чем натрий образует труднорастворимые со­единения. Высокое содержание калия в подземных водах может ука­зывать на месторождения калийных солей.

Кальций-ион. В пресных водах ион кальция хорошо коррелируется с гидрокарбонат-ионом, в солоноватых – с сульфат-ионом. Основным источником кальция в подземных водах служат карбонатные породы, гипс, плагиоклазы. Кальций совместно с магнием образует важную характеристику воды – ее жесткость. Для питьевых целей используется вода с общей жесткостью до 7 мг-экв/л.

Магний-ион. Растворимость его минералов выше, чем кальциевых. Однако в природных водах он играет подчиненную роль, его концен­трация мало зависит от минерализации. Основные источники магния в пресных водах – доломит и доломитизированные известняки.

Железо в подземных водах обычно находится в закисной (Fe²⁺) или в окисной (Fe³⁺) форме. Закисные соединения неустойчивы и при доступе кислорода легко окисляются. При выпадении гидратов Fe в осадок происходит помутнение воды (желтовато-бурая окраска). В питьевых водах допускается содержание железа до 1 мг/л.

Соединения азота. В природных водах встречаются неорганиские (NO₃, NH₃, NH₄) и органические соединения азота. Особенно высоких концентраций может достигать содержание нитратов природных водах сельскохозяйственных районов, где используются азотные удобрения. При разложении живого вещества органический азот переходит в аммонийную форму, которая, окисляясь, переходит в нитратную. В питьевой воде содержа­ние NO₃ не должно превышать 10 мг/л.

Фтор – наименьшее его содержание отмечается в пресных водах с большим количеством гуминовых веществ. Резко повышены содержания фтора в термальных водах. Основным источником фтора в воде являются атмосферные осадки и фторсодержащие минералы (флюорит и др.). В питьевой воде фтора не должно быть больше 0.7-1.5 мг/л.

Бром – рассеянный элемент. Соединения брома хорошо растворимы, миграция его высока. Бром накапливается преимущественно в морской воде и рапах озер. В пресных подземных водах его содержа­ние 5-20 мг/л. Единственный процесс выведения брома из подземных вод - это сорбция глинистыми минералами и органическими соедине­ниями. Широко используются бромные минеральные воды. Для реше­ния генетических вопросов используется С1 /Вr соотношение (коэф­фициент).

Бор. В природных водах концентрация бора изменяется широко. Повсеместно содержание бора в щелочных подземных водах – до со­тен мг/л. Основным источником бора в подземных водах являются его минералы: бораты, турмалин и др.

Стронций - его поведение в природных водах похоже на поведение кальция. В питьевой воде содержание стронция не должно превышать 2 мг/л. Более высокие содержания могут приводить к заболеваниям костной ткани.

Микрокомпоненты. К ним относятся все другие элементы. В под­земных водах обнаружено около 40 микрокомпонентов. Фоновые содержания микрокомпонентов в пресных подземных водах составляют микрограммы на литр.