Гидрогеохимическая зональность.

Зона - участок характеризующийся определёнными качествами. Зональность- определенная закономерность пространственной дифференциации природных явлений. В 19 веке Л. Гумбольд установил климатическую зональность. Сформулировал закон естественной исторической зональности- Докучаев- зональность почв. В дальнейшем была установлена зональность гидродинамическая, гидробиохимическая. Отоцкий(1914), Ильин(1915), Заленский(1953), Зайцев(1965), Максимович(1958). Гидрогеохимическая зональность грунтовых вод, глубоко залегающих вод в платформе, краевые прогибы, межгорные впадины. В пределах горно-складчатых областей.

Гидрогеохимическая зональность грунтовых вод, глубоко залегающих вод в платформе, краевые прогибы, межгорные впадины.

Зональность общего геохимического состава. Установлена горизонтальная и вертикальная гидрогеохимическая зональность. Горизонтальная зональность(широтная). Отоцкий(1914), Ильин(1915) обратили внимание на его изменение. Она свойственна грунтовым водам. Физико-географические факторы- климат и рельеф. В зависимости от климата выделяют зоны: избыточного увлажнения; зона умеренного увлажнения; недостаточное увлажнение. В зависимости от условий грунтовый состав будет разный. Гидрокарбонатно- кремнистые воды в зоне избыточного увлажнения, гидрокарбонатно- кальциевые. В зоне умеренного увлажнения гидрокарбонитно- кальциевые до 1 г/л. В зоне недостаточного увлажнения сульфатно- карбонатные, кальциевые, хлоро- сульфатные, натриевые до 5-8г/л. Вертикальная зональность впервые изменение химического состава с глубиной выявил Никитин(1909) Московский артезианский бассейн. Начиная с 30 годов Вернадский занимался изучением химического состава с глубиной. Им выявлено рост минерализации с глубиной. От гидрокарбонатных к сульфатным. Зайцев и Толстихин предложили понятие гидрогеохимическая зона и гидрогеохимический пояс. Гидрогеохимическая зона часть гидрогеологической структуры в которой минерализация подземных вод принятая за основу выделения зон изменяется в определённых пределах. Зоны: зона А М до 1г/л; зона Б 1-35г/л; зона В >35г/л. Зоны разделены на подзоны. Гидрогеохимический пояс- часть гидрогеологической структуры для которой характерно развитие от поверхности и до фундамента или до эрозионного вреза наиболее глубоких рек одинакового гидрогеохимического разреза. 3 зональные пояса характерны для платформенных областей, глубина – несколько километров. 2 зональные пояса для окрайных частей бассейна, граничащих с горноскладчатыми поясами. 1 зональные пояса- для горно-складчатых областей. Выделяют гидрогеохимические разрезы – прямая зональность. Обратная или инверсионная зональность. Преобладают с прямой зональностью(московский артезианский бассейн). Реже встречаются с обратным типом зональности(Прикаспийский артезианский бассейн). Переменная гидрохимическая зональность Ангаро - Ленский артезианский бассейн. Причины формирования различны. Обратная гидрохимическая зональность- скорость фильтрации во втором водоносном горизонте больше. Существуют гипотезы возникновения прямой гидрохимической зональности: диффузия осмос; подземное концентрирование; дифференциация ионов; гравитационная(более минерализованные воды располагаются в нижней части разреза менее минерализованные воды находятся вверху).

Зональность газового состава. В земной коре нет воды не заключающей газа определённого состава. Количество газа до 500 см кубических в 1 литре от 1 до 4 километров. Максимально до 1500 см³ на 1 литр. Среднее 20 см³/л. При повышении давления растворимость газов возрастает. Источники газа в воде: воздух; земная кора; мантия. Причины: биохимические процессы; химические реакции; радиоактивный состав. Воздушного. Наиболее распространёнными газами являются: кислород(0,01-0,02г/л), азот(до 1,5 г/л), углекислый газ(до 40г/л), метан(до10-13г/л), сероводород, водород, аммиак, неон, аргон, ксенон. На растворимость газов в подземных водах влияет температура, давление, гидрогеохимические факторы. Происхождение: группы:

1. атмогенные(кслород, азот, углекислый газ, ксенон, неон, аргон);

2. биологические газы попадают в воду в результает разложения органических и минеральных веществ(метан, углекислый газ, азот, сероводород, кислород, );

3. метаморфогенные в результате изменения температуры и давления(углекислый газ, сероводород, метан, азот, хлор);

4. магматогенные в результате магматической деятельности такие же как и у метаморфогенных;

5. радиогенные в результате радиоактивного распада(неон, радон, ксенон, аргон).

Некоторые газы появляются в подземных водах в результате различных процессов. С увеличением глубины залегания подземных вод генезис газов закономерно изменяется. Овчинников выделил 3 основные генетические среды формирования подземных вод: окислительная- кислород; восстановительная- сероводород, углеводород; метаморфогенная- углекислый газ. Выявлена вертикальная зональность газов в подземных водах(Щербаков, швец). Выделены следующие газовые зоны:

1. кислородно-азотная(верхняя часть структур, несколько сотен метров);

2. азотная(до 99%);

3. сульфидно-углекисло-метаново-азотная;

4. метаново-азотная(50%);

5. метановая(ДО 95%);

6. углекисло-метановая(метана до 95%);

7. сульфидно-углекисло-метановая. Сульфидно-углекисло-метановая с мощность осадочного чехла более 5 километров, присутствие газоносных и нефтеносных формаций.

Кислородно-азотная и азотная(верхняя часть структур, несколько сотен метров).Радиолиз- процессы разложения воды на кислород и водород под действием ионизирующих излучений(потоки заряженных частиц). Для стерилизации используются ионизирующие излучение.

3,4 и 5 зоны. Биогенные и метаморфогенные. Мощность 1,5- 2 километра.

Зона углекислого газа, развита в артезианских бассейнов со значительной мощностью осадочного чехла.

Практическое значение: лечебные минеральные воды классифицируются по газовому составу; газовый состав поисковый признак на нефть и газ(углеводород)

Зональность органических веществ. Имеет сложный состав. Есть углеводороды, эфиры, углеводы, белки, жиры. Общее содержание органических веществ- C_орг.

Установлена горизонтальная зональность органических веществ подземных вод(грунтовых). В грунтовых водах гумидных областей 35 мг/л. В грунтовых водах аридных областей 20-25мг/л. ПДК: бензол 10 мкг/л, бенспирин 0,005 мкг/л, хлороформ 200 мкг/л. Содержание в почвах от 1-10%. Горные породы 0,01- 1%. В подземных водах 0,0001 до 0,1%. Источники поступления органических веществ в подземные воды: осадки, поверхностные воды, илы, почвы, торф, уголь, нефть, горные породы.

Выявлена вертикальная зональность в подземных водах. В грунтовых водах в среднем 30мг/л. В напорных водах 50мг/л. В водах нефтяных месторождений до 300- 700мг/л.

Зональность микрофлоры подземных вод. Мельчайшие микроорганизмы. Известно около 150000 различных видов микрофлоры. Бактериальные микроорганизмы в почвенных водах от 0,1 мкм до нескольких мкм. Геологическая микробиология. 75-85% из воды. По отношению к кислороду выделяют: аэробные, анаэробные, смешанные. Крамаренко Л.Е. в пределах платформ выделил 4 гидробиохимические зоны:

1. Аэробные используют кислород.

2. Смешанная зона аэробные и анаэробные в зоне затруднённого водообмена.

3. Анаэробная питаются связанным кислородном, весьма затруднённого водообмена.

4. Отсутствуют, но есть продукты жизнедеятельности.

Невысокая минерализация, температура меньше +70 градусов.

Роль микроорганизмов при формировании подземных вод прослеживается на всех стадиях. Благодаря микроорганизмам вода обогащается сероводородом, аммиаком, метаном.

Практическое значение: отдельные группы микроорганизмов поисковый признак на нефть(десульфатизирующие бактерии- пониженное содержание сульфатов), лечебные цели.