2.3.4. Газовый состав подземных вод

Природной воды, лишенной растворенных газов не бывает, поскольку в природе нет вакуума.

¤ Азот.

В воздухе 78,1 %. Растворимость около 30 мг/л (17 мл/л). Содержание, равновесное воздуху – 17 мг/л. Повышение содержания с глубиной, с ростом парциального давления.

Источники растворенного азота – воздух; органическое вещество; вулка­низм.

Для воздуха Ar/N₂ ^.100 = 1,18 для спонтанных газов и 2,52 для растворенных. Это – эталон для оценки дополнительного (не воздушного, чаще всего – биогенного) азота Ar/N₂ < 1,18 (2,52). Предварительно желательно исключить радиогенный аргон (см ниже, про аргон).

Воздушный азот проникает на глубины в несколько км.

Биогенный азот как нефтегазоносный признак.

¤ Кислород

В воздухе 20,9 %. Растворимость около 70 мг/л (34 мл/л). Равновесны воздуху 14,7 мг/л.

Главный источник растворенного в воде кислорода – воздух. Радиолиз 2H₂O –––> 2H₂ + O₂ – гремучий газ. Работы И.В. Вовка, Л.К.Гуцало.

Вертикальная зональность – постепенное убывание с глубиной. Расходуется на окисление органики, железа, сульфатов и т.д. На глубине более 200-300 м в равнинных областях практически отсутствует.

Озон. В воздухе на п-сти 1^.10¹² см^-3 (молекул в куб.см газа). На высоте 15-25 км в 3 раза больше. В полярных широтах до 5^.10¹² . Это и есть озоновый слой, сформировавшийся в силуре, когда к-во кислорода в атмосфере достигло около 10 % от современного.

Причины разрушения озонового слоя:

самолеты, ядерные взрывы: N+ O₃ –––> NO₂ + O₂;

NO₂ + O –––> NO + O₂;

подъем крупных ракет: OH ^- + O₃ –––> HO₂ + O₂;

HO ₂ + O –––> OH^- + O₂;

фреоны: F-11 – CCl₃ F; F-12 – CCl₂F₂ и др. Сl + O₃ –––> ClO + O₂

ClO + O –––> Cl + O₂

Предполагается, что главная причина "озоновых дыр" – фреоны. Следствия – рак кожи, болезни сетчатки и др. С 50-х до 80-х гг выброс фреонов возрос в 300 раз. Монреальское соглашение 1988 г, ограничивающее выброс фреонов.

¤ Аргон

В воздухе 0,93 %; равновесное содерж. в воде 0,92 мг/л.

Соотношение ³⁶Ar; ³⁸Аr; ⁴⁰Ar : 0,337; 0,063; 99,600 %. В воздухе ⁴⁰Ar / ³⁶Ar = 295,6.

⁴⁰Ar возд. = 295,6 ³⁶Ar; ⁴⁰Ar радиог. =  ⁴⁰Ar - ⁴⁰Ar возд.

Содержание радиогенного аргона в источниках Камчатки в 1/3 проб 3-10%. Нефтяные газы Ферганы – 100-120 ppm. Источники накопления радиогенного аргона – мантия, радиоактивный распад.

Использование – индикатор воздушной составляющей (Ar/N₂; He/Ar)

¤ Углекислый газ

В воздухе: начало века – 0,030 %; семидесятые годы 0,033, теперь около 0,04. Эволюция СО₂ – см. тему "Вода и жизнь" в курсе общей гидрогеологии.

Растворимость высокая (около 2 г/л), но при парциальном давлении 0,04 содержание, равновесное воздуху 0,8 мг/л. Источники поступления: глобальный – окисление органического вещества на поверхности; отсюда сезонность. локальные, региональные – 1) разломы, по которым СО₂ поступает из зон метаморфизма; 2) вул­канизм; 3) сульфатредукция.

Главный фактор, контролирующий процессы разрушениякарбонатных и силикатных пород (см. т. 3).

¤ Гелий

В воздухе 0,0005 %. Растворимость 7 мг/л. He/Ar возд около 0,0005.

Накопление – радиоактивный распад калийсодержащих минералов. Отсю­­да гелий-аргоновый метод определения возраста подземных вод. Для "древних" вод содержание гелия может достигать первых процентов. Много "помех", затрудняющих использование гелий-аргонового метода, связанных с другими источниками поступления гелия. На урановых м-иях содержание гелия может быть очень высоким. Золото-урановое м-ие Витватерсранд (Ю.Африка) – 13,5 %.

Гелий как индикатор генезиса воды. ³Не/⁴Не в мантии 10^-4, при радиоактивном распаде в литосфере – 10^-8 %. Работы И.Н.Толстихина и др.

¤ Водород

В воздухе 10^-4 %. Может накапливаться на глубине, в восст. обстановке.

Верхнекамское калийное м-ие, карналлит: 19 % водорода, 31,6 % метана.

Алмазы Якутии: 22 % водорода, 64,6 % метана.

В Исландии известны "водородные" термы, до 32 % водорода.

Леопольдсхолл, Страссфурт, Германия, до 83,6 % водорода.