книги из ГПНТБ / Геохимия и гидрохимия природных вод Восточной Сибири [сборник статей]
..pdfпродет*вленных гидрокарбонатами, ив соответствуют содержанию CaCO/j я а почвах, которое на низменных участках и прио зерных равнинах достигает 25%, причем большая часть карбонатов приходится на СаСОд.
Указанные особенности химического состава грунтовых вод определяются процессами, протекающими при низких температурах. Нулевая и отрицательная температуры в почвах объясняются ши роким распространением многомерзлотных грунтов, а также глубо ким сезонным промерзанием их,обусловленным почти полным отсут ствием снежного покрова. Процессы преобразования химического состава вод, протекающие пре нулевых и отрицательных температурах, выделяются нами в особую группу процессов криогенной метаморфизации природных вод.
Сущность процессов криогенной метаморфизации сводится к сле дующему: на границе талой почвы и мерзлой толщи в пределах слоя 5-10 см нулевые температуры переходят в отрицательные и положительные, с чем связаны разовые превращенияводы f l 2 j ; переход воды в твердую фазу и обратно приводит к нарушению солевых равновесий, в результате которых наблюдаются существен ные изменения химического состава (табл.4 ); процессы криоген ной метаморфизации сопровождайся понижением минерализация во ды и изменением соотношения Cs'VM ^'*. Вследствие этого проис ходят изменение соотношения всех главнейших ионов, уменьшение содержания гидрокарбонатов щелочных земель, относительное уве личение содержания двууглекислой соды, понижение концентрации водородных ионов. Снижение концентрации годрокарб.нвтов каль ция и магния объясняется выпадением в твердую фазу СаССЦ £*15, 23J, и нвеквегонита MtjCQg* ЗН^О. Обратный переход этих соеди нений в жидкую фазу протекает очень медленно, поэтому оттаяввий раствор имеет меньшую концентрацию солей.
Другим важным обстоятельством при формировании состава вод являются носткриогенные процессы. Показано [V ], что при отта ивании различных водно-солевых систем, подвергнутых заморажи ванию, в первые порции раствора попадает большая часть солей, в последующих же порциях содержание солей быстро уменьшается. Очевидно, при оттаивании почвы происходят аналогичные процессы. В начале оттаивания надаерэлотные воды находятся близко от по
верхности и концентрация их больше.Этим они способствуют сильном]
152
Т а б л а ц а 4
Изменение состава растворов вследствие замережевания
|
.MbHHIMHHHHMmimmi*, |
o il . |
I—- ..... I... , I.1 I. |
■- - ......... . |
— ........ . |
... . ..,.1 .... |
||||||
|
|
йояяий состав, |
мг-акв/д |
|
|
|
Сумка |
Са/Mg |
рВ |
|||
Условия опыта |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
- ВОНОВ,t |
|
|
Кэ* |
Г |
Са** |
|
О |
BOOT |
so £ “ |
с г |
мг/л |
|
|
||
|
МГ |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
Исходный раствор. |
13,26 |
0,09 |
4,25 |
1,50 |
- |
|
10,41 |
7,25 |
1,44 |
1446,1 |
2,33 |
- |
Замораживание ври |
13,25 |
0,09 |
0,98 |
|
0,19 |
|
6,62 |
|
1,44 |
} 1 50,9 |
0,84 |
** |
-10°, сттаявэаее |
1,15 |
|
7,ав |
|||||||||
при +3° |
10,70 |
0,С2 |
0,32 |
|
|
|
|
2,33 |
0,78 |
1039,1 |
0,62 |
8,55 |
Исходный раствор |
1,47 |
0,72 |
|
9,28 |
||||||||
Заыораиввание ври |
|
|
|
|
|
|
9,02 |
2,33 |
0,78 |
996,1 |
0,56 |
8,60 |
-5 е , оттаивание |
10,70 |
0,02 |
0,82 |
1,47 |
0,88 |
|
||||||
При +2° |
|
0,01 |
4,94 |
3,46 |
|
|
11,20 |
0,79 |
0,38 |
S.S73 |
1,43 |
7,30 |
Исходный раствор |
. 3,96 |
ш |
|
|||||||||
Замораживание при |
|
|
2,84 |
3.46 |
0,50 |
|
.8,60 |
0,79 |
0,38 |
781,5 |
0,82 |
8,10 |
-5е , оттаивание |
3,96 |
0,01 |
|
|||||||||
при +2° |
|
|
3,96 |
1,08 |
W. |
|
6,30 |
0,11 |
0,25 |
528,0 |
3,62 |
7,35 |
Исходный раствор |
1,59 |
0,01 |
|
|||||||||
Замораживание ври |
|
|
1,39 |
1,05 |
|
|
'3,70 |
0,11 |
0,25 |
317,7 |
1,32 |
7,90 |
-5 ° у оттаивание |
1,59 |
0,01 |
|
|
||||||||
при +I0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
засолению почв (до 2-3%). Последующее оттаивание приводят к понижений глубины залегания я образованию маломинерелязовациях вод. Это подтверадеетоя там, что содержание оолай в водах более глубоких горизонтов одного разреза меньше, чем в более верхних. Образование воды здесь воецоло зависит от таяния мерзлого слоя грунтов, в соответствии о зтим наблюдается изыенение общей минерализации, концентрации каждой соли в от дельности, соотношения Ca"/Mrj.*"*
Другой стороной этого процесса является гак как качествен ная, так и количественная дифференциация солей в профиле почв. Наши исследования по замораживанию систем
NaHC03 - MtjS04 - Н20, CaS04 - NаС£ - 11^0
подтвердили результаты цитируемой выше работы.Некоторые данные наших экспериментов, показанные в таблице 5, иллюстрируют ха рактер изменения концентрации оттаявшего раствора.
Течение процессов криогенной метаморфизации развивается в различных направлениях. Своеобразно происходит изменение со- * става почвенных растворов и грунтовых вод во время сезонного
промерзания почв. Постепенное |
вымораживание почвенных й грун |
||||
товых |
вод приводит к |
образованию более концентрированных |
|||
раотворов. Некоторая часть солей переходит |
в твердую фазу |
||||
(табл.6). Формирование таких вод сопровождается очень силь |
|||||
ным преобразованием ионного и солевого ооотава, изменением |
|||||
соотношения Оа* |
. |
|
|
|
|
Не территории |
Юго-Воотопного Забайкалья |
не встречаются |
|||
грунтовые воды с |
высокой минерализацией, Это объясняется тем, |
||||
что они в течение ними успевают достичь озерных водоемов в |
|||||
результате подземного |
стока, |
йоеможен и другой путь миграции |
|||
таких |
раотворов |
[0 ,9 ]. |
Под влиянием динамических сил, возни |
||
кающих при аямернаиии воды, они вдтесняютол |
на поверхность, |
||||
где образуют лед |
и ооли. Весной при постепенном оттаивании |
||||
деятельного слоя ооли остаются или растворяются и уносятся поверхностными водами. При рассмотрении возможных путей мигра ции таких раотворов, очевидно, нельзя исключать ни один из ука занных случаев.
В тесной овязи о образованием концентрированных растворов находятся и имеют большое значение криогенные явления, наблю дающиеся в почвах при промерзании,в результате которых проио-
154
T H л и ц а 5 Изменение концентрации растворов при оттаивании
|
|
Раствор |
Концентрация, |
рн |
|
|
|
г /л |
|
Исходный |
(замораживался |
|
||
при |
5°С) |
. |
1,116 |
6,35 |
Оттаявший (при +2°С) |
: |
|
||
1-я |
порция |
2,390' |
9,15 |
|
2-я |
порция |
0,373 |
8,75 |
|
3-я |
порция |
0,091 |
7,45 |
|
Исходный |
(замораживался |
|
||
при -5°С) |
|
0,705 |
8,40 |
|
Оттаявший (при +2°С) |
: |
|
||
1-я |
порция |
1,121 |
8,70 |
|
2-я |
порция |
0,458 |
7,25 |
|
3-я |
порция |
0,202 |
7.Э0 |
|
4-Я порция |
0,000 |
7,00 |
||
ходит уменьшение общего содержания и изменение качественного
состава солей |
(табл. ? |
и 8). Перед промерзанием почвы |
содер |
|
жат примерно |
в 1,5 раза |
больше солей, чем весной. Такое неве |
||
дение солей |
в почвах в процессе промерзания |
создает |
допел- |
|
штедйные предпосылки для 4 ормидоваиия менее |
минерализованных |
|||
ГРУНТОВЫ Х‘ В И Д,
Понижение температуры и связанное с ним уменьшение минера-,
лизвции и соотношения Са**/U^‘ ‘ , |
наблюдаемое в грунтовой |
воде |
на территории водосборной площади |
оз. Содового (табл. I ) , |
лив |
ши раз подтверждает то, что формирование состава надмерзлотвых вод в большой степени зависит от температурных условий.
Л.М. Орлова [21J сообщает о том, что в составе грунтовых вод в бассейне р. Аргуна на площади распространения известня ков и доломитов преобладающим среди катионов является магний (905&-экв). Этот факт может быть объяснен, на нав взгляд, толь ко процессами криогенной летамор^изации.
Формирование солевого состава вод скважин происходит я со вершенно ин^х условиях, исключающих влияние ынохчиитнемерндых
155
Т а б л в ц а б
Ж |
Изменение состава растворов при |
замораживании |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
Ионный состав, |
мг-зхз/л_________________ Суша |
Са/11^ |
рв |
||||||
Раствор |
|
Н а * |
К* |
|
Са+* |
|
со3- |
нсо3~ so4~- |
сс~ |
ионов, |
||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
6,34 |
мг/л |
0,52 |
?,4 |
Исходный |
|
|
0.78 |
0,06 |
4,92 |
9.47 |
5,90 |
2,49 |
956,0 |
|||||
Неэамерзаяй |
|
5,74 |
0.12 |
9,18 |
17,46 |
0,80 |
10,00 3,68 |
18,02 |
1982,8 |
0,53 |
8,2 |
|||
Ледовая фаза |
|
3,68 |
0,04 |
3,16 |
0,64 |
0,12 |
3,68 |
1,70 |
2,02 |
538,6 |
4,94 |
8,0 |
||
Исходный |
|
|
5,67 |
0,06 |
2,42 |
2,78 |
- |
8,60 |
I.?5 |
1,07 |
837,4 |
0,87 |
7,3 |
|
Незамерзажй |
20,40 |
0,13 |
4.89 |
3,25 |
4,00 |
14,00 |
3,86 |
3,81 |
1846,2 |
0,58 |
8,5 |
|||
Ледовая фаза |
|
5,21 |
0,02 |
0,97 |
1,03 |
0,28 |
4,86 |
1,27 |
0/62 |
547,5 |
0,94 |
8.0 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
________ |
Т а б л и ц а ? |
||
Содержание |
воднорастворимых солей в почвах водосборной площади оз. Бабье в осенний |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
период |
|
|
|
|
|
|
|
|
Глубина. |
|
|
Содераанве солей, % (на |
абсолютно сухую почву) |
|
Суша |
||||||||
ей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^эНСО^ T 7 a ^ j“ТГаТё |
|
солей |
||
0-15 |
0,012 |
0,003 |
|
|
|
0,019 |
0,310 |
0.176 |
' 0,184 |
0,005 |
0,709 |
|||
15-25 |
0,001 |
0,028 |
0,048 |
|
|
|
0,378 |
0,157 |
0.049 |
0,004 |
0,665 |
|||
25-30 |
0,002 |
0,025 |
0,025 |
|
|
|
0,249 |
0,175 |
0,023 |
0,004 |
0,548 |
|||
ЗС-45 |
0,004 |
0,017 |
0,002 |
|
0,002 |
0,289 |
0,070 |
0,009 |
0.003 |
0,394 |
||||
45-61 |
О.ОЮ |
0,005 |
|
|
|
0,272 |
O .III |
0,016 |
0.001 |
0.417 |
||||
61-77 |
0,008 |
0,001 |
|
|
|
0,004 |
0,269 |
0,062 |
0,022 |
0,001 |
0,367 |
|||
77-95 |
0,003 |
|
- |
|
0,010 |
0,014 |
0,228 |
0,020 |
0,045 |
0,001 |
0,321 |
|||
|
|
1 |
• |
0 л я щ в |
|
Сздереееее водмрвотмрмас сом ! » почвах водосборной площади |
|
|
|
|
га. Ввби в ввевшюнитнжй аервод |
|
|
|
Гвубгаа, |
Садврванве совей, % (на абсолютно сухую почву) |
' |
Сумм |
|
га |
ClUUg И{СО'з’Уа^Ш]^"ЩНСРз]21>^(Ш0зТргай0и3 |
А*аС^ дОе |
' соде* |
|
0-7 |
0,012 |
0,003 |
7-12 |
0.0» |
ода. |
12-27 |
0,01В 0,003 |
|
27-38 |
0.010 |
о д а |
38-56 |
0,00* |
о д а |
56-77 |
0.004 |
0,001 |
77-86 |
0.004 |
о д а |
86-105 |
0,006 |
о д а |
— |
- |
0,001 |
0,395 |
0,028 |
0,006 |
о д а |
0,452 |
о д а |
га |
- |
0,150 |
0,006 |
о д а |
0,002 |
0,172 |
0,054 |
- |
- |
0.480 |
0,054 |
0,009 |
0,011 |
0,629 |
о д а |
- . |
га |
0,423 |
0,039 |
0,005 |
о д а |
0,521 |
0,057 |
- |
- |
0,350 |
0,036 |
0,008 |
0,004 |
0,462 |
о д а |
•га |
|
0,350 |
о д а |
0,021 |
0,003 |
0,442 |
0,012 |
- . |
- |
0,259 |
о д а |
0,007 |
0,002 |
0,296 |
о д а |
- |
- |
0,237 |
о д а |
о д а |
од а |
0,279 |
грунтов, так как их водоносные горизонты располагаются значи тельно глубже мерзлой толши. Ооновным отличием состава вод скважин является преобладание кальция над магнием (табл. 9). Это еще раз доказывает, что но состав вод оказывают влияние такие факторы, как температура и фазовые превращения воды.
Изменение соотношения -Са••/& £ " , очевидно, является основ ным показателем криогенной метаморфозации вод. В связи о этим интересно отметить преобладание магния над кальцием в составе надмерзлотных вод и почвенных растворов в Якутии (табл. 10), где маогомерзлотнне воды распространены повсеместно.
Безусловно, криогенная метаморфизация оказывает влияние на состав не только грунтовых вод, но и других типов подземных вод, которые в процессе своей миграции длительно соприкасают ся с многолетнемерзлыми породами и подвергаются действию нуле
вых и отрицательных температур. |
Такой вывод можно сделать, |
ес |
||
ли учесть мнение Л.Л. Богдановой о том, что на формирование |
|
|||
трещинных вод коры выветривания |
горных сооружений основное |
|
||
влияние оказывают природно-климатические условия, а состав |
, |
|||
горных пород имеет |
второстепенное значение [ 3^j. |
Имеются и дру |
||
гие указания в этом |
отношении. |
В.Я. Коваленко |
£ l?Jсчитает, |
|
что малая минерализация подмерзлотных вод связана с выпадени ем в осадок солей яр» циркуляции их сквозь толщу мер злоты и при выходе на поверхность в зимнее врямя. Выпадение содей а изменение химического состава обязано резкому измене нию температурных условий,
Изучение процессов формирования'солевого состава грунтовых вод проливает свет на некоторые стороны формирования химичес кого состава рапы озерных водоемов. Можно предположить, что процесс метаморфизация состава озерных растворов под влияни ем гидрорсарбоната кальция не имеет места или, по крайней мере, он сведен до минимума ввиду того, что грунтовые вода несут не значительные количества С а^С О ^о. В то же время о грунтовым ведами привносится много двууглекислой сода.
Мошо даже полагать, что под влиянием WaHCOg происходит удаление кальция из озерного раствор®, что, в конечном счете, сохраняет а длительно поддерживает карбонатный состав рапы минеральных озер.
Местонахождение
Скважина на бере гу оз. Барун-Ши-
вертуй
и
Скважина на бере гу оз. Борзивское
Т а б л и ц а 9
Химический состав |
вод скважин |
|
|
|
|
||||
|
Ионный состав, |
г/л |
|
|
Сумма |
pH |
|||
А/ а+ |
К* |
*'Са++ |
м9++ нсо3" |
so4~ |
СГ |
г /л |
|||
|
|||||||||
0,309 |
0,004 |
0,085 |
0,018 |
0,648 |
0,348 |
0,050 |
1,463 |
6,50 |
|
0,315 |
0,008 |
0,088 |
0,017 |
0,652 |
0,350 |
0,060 |
1,490 |
7,20 |
|
0,182 |
0,002 |
0,030 |
0,017 |
0,479 |
0.083 |
0,044 |
0,837 |
7,50 |
|
Т а б л и ц е ю (ЙММрШйаацая ■ соотношение Са” Д|^ надмерзлотных
Иод и почиенных растворов в Якутия*
Мйяерадизация, |
Тип химического |
|
г/л |
состава |
|
0.69 |
|
0,51 |
0.Т9 |
|
0,34 |
0.89 |
Карбонатный |
0,45 |
1.16 |
« |
0,40 |
1,1» |
|
0,34 |
вывода »■Грунтовые вода Ого-Вооточного Забайкалья в пределах Котло
вин оаер является слабоминералязовапными. Концентрация солей в них не превышает 22 г/л. Широко распространены пресные води.
До химическому составу воды относятся к карбонатному типу Встречается также воды сульфатного типа.
Формирование химического состава грунтовых вод подвержено влхяняв криогенных процессов, которые приводят к образование вод с пивной минерализацией я уменьшению соотнооения между кальцием и нагнием.
Образованию вед низкой минерализации способствует процессы промерзания почвенных растворов я грунтовых вод, шпаденне кар бонатов велочновемелышх металлов в твердую фазу, характер пе рехода солей в раотвор при оттаивании, распределение солей меж ду льдом и дедкой фазой.
я |
гериалам Л.Г. Вяовекой и других |
160
ЛИ Т Е Р А Т У Р А
1.АЛЕКИН O.A. Основы гидрохимий,. Л ., Гидрометеоиэдат,
1953, |
|
|
|
|
2. |
ШОВ Н.Й., |
ЛОБОВА Е.В, Труды СОПС. Ч. |
I . М.-Л., 1939. |
|
' 3, |
БОГДАНОВА Л,Л, .Материалы 5-го совещания по подаемиым |
|||
водам Сибири и Дальнего Востока. |
Иркуток-Тюмень, |
1967. |
||
А. |
ВАЛЯШКО а.Г . |
"Геохимий", |
1967, Jf I I . |
|
5. |
ВАЛЯШКО М.Г. |
Солянао озера, Методы их изучения и пути |
||
использования. г- Труды ВНИЙГ, вып. 23, 1952. |
|
|||
6. |
ВИНОГРАДОВ А.11.Геохимия редких к рассеянных элементов |
|||
в почвах. |
К., АН СССР, 1957. |
|
|
|
7. |
ВЛАСОВ Н.А., |
НАМОЙ Л.И. ДАН СССР, ». |
IBS, 1969, I 3 . ! |
|
б, |
ВЛАСОВ И.А,, |
ПАВЛОВА Л.И., ЧЕРНЫШЁВ Л.А. Известил фи- |
||
аико-химичеокого науч.-иоолед. |
ин~та при Иркутском ун-те. |
Т .6, |
вып. 2. Иркутск, 1964. |
|
|
9. ВЛАСОВ Н.А., ЧЕРНЫШЕВ Л.А .т ПАВЛОВА Л.И, минеральные |
||
воды хиной части Восточной Сибири. М.-Л., АН СССР, 1961. |
|
|
10, Памяти академика К.К.Гедройца. Т. 9. Л ., АН СССР, |
1934. |
|
И , ДУМС-ЛИТОВСШ А.И., |
ВАЛЯШКО М.Г. Методика комплекс |
|
ного изучения минеральных оэер. |
Л.-М ,, 1935. |
|
12.ДИМО В.Н, Мерзлотные почвы и их режим. М., "Наука", 1964.
13.ЕЛОВСКАЯ Л.Г.., КОНОРОВСКИа А.К., САВВИНОВ Д.Д. Мерз лотные засоленные почвы центральной Якутии. М., "Наука", 1966.
14.ЕФИМОВ А.И. Материалы по общему мерзлотоведению. М.,
АН СССР, 1959.
15.8УБ0В Н.Н, Льды Арктики. N., 1945.
16.ИВАНОВА Е.Н. Труды СОТО. Ч. Ш. М.-Л., 1935.
17.КОВАЛЕНКО В.Я. Материалы по геологии и полезным Иско паемым северо-востока СССР. Вып. 17. Магадан, 1964.
18.КОВДА В.А. Происхождение и режим засоленных почв. М., Ай СССР, 1946.
19.КОВДА В.А, Солончаки и еОлонцы. М., 1937.
20.НИКОЛЬСКАЯ Ю.П. Процессы солеобразования в озерах я водах Кулуидинской степи. Новосибирск, 1961.
21.ОРЛОВА Л.М. Материалы по подземным водам Восточное Си бири. Иркутск, 1957.
22.ПОСОХОВ Б.В. Гидрохимические материалы. Т.ЗЗ. Л ., Гнд-
161