2.3. Краткая характеристика основных ионов, содержащихся в природных растворах

Вследствие своего высокого дипольного момента вода представляет собой очень активный растворитель для многих твердых, жидких и газообразных веществ (рис. 1).

Природные воды не только содержат растворенные вещества, они их переносят из одних мест в другие; при этом изменяется характер физико-химических равновесий, протекают новые химические реакции, изменяется химический состав как вод, так и пород. Вода – главный регулятор грандиозной динамической гидрогеохимической системы нашей планеты. Охарактеризуем главные растворенные в воде вещества (ионы).

Рис. 1. Содержания некоторых компонентов в природных водах (Л. Эверетт, 1980)

2.3.1.Главные ионы

Анионы

Хлор-ион.

Растворимость NaCl при 20^о – 360 г/кг при 100^о – 391. Хлориды кальция и магния растворяются лучше. Плохо растворим только AgCl. Высокая миграционная способность хлор-иона определяется хорошей растворимостью солей, независимостью от газового режима, редким участием в обменных реакциях.

Концентрации хлоридов в природных водах могут изменяться от десятых долей мг/л (льды и снег Антарктиды) до 320 г/л. Главный источник хлоридных солей – вода Мирового океана. Воды морей и лагун, захороненные при формировании осадочных пород морского генезиса – исходные для большей части седиментогенных вод артезианских бассейнов. среди которых преобладают хлоридные воды. В океанской воде концентрация хлор-иона достигает 19 г/кг, в лагунах при упаривании океанской воды до стадии садки гипса – 75–80 г/кг, до стадии галита – 150–170 г/кг, а на последних стадиях упаривания морской воды достигает 250–270 г/кг.

Термин «хлор-ион» употребляется для таких концентраций с большой долей условности, поскольку значительную долю в крепких и сверхкрепких рассолах составляют недиссоциированные молекулы солей и их гидратных соединений.

Гидрогеохимическая зональность артезианских бассейнов – результат длительного развития платформенных геологических структур и их осадочного чехла и в каждом конкретном случае увязывается с геологической историей регионов. Достаточно сравнить характерные разрезы Восточно-Европейской, Восточно-Сибирской (древних) и Западно-Сибирской артезианских областей.

Накапливающиеся в недрах Земли огромные массы хлоридных соленых вод и рассолов, привносимых при морских трансгрессиях и в периоды существования солеродных бассейнов, неоднократно покрывавших огромные площади (вспомним нижнепермский бассейн на Русской платформе или же нижнекембрийский на Сибирской), и сформировали вертикальную гидрогеохимическую зональность на платформах.

В Восточно-Европейской артезианской области максимальная минерализация рассолов (чаще до 300 г/л) связана с средне-позднедевонскими и раннепермскими эпохами эвапоритового осадконакопления. В Восточно-Сибирской – с раннекембрийской (максимальная минерализация до 650 г/л). На площади Западно-Сибирской артезианской области таких эпох не было и в разрезе преобладают соленые воды, а рассолы с максимальной минерализацией не более 70 г/л встречены только в центральной части на глубинах более двух км. С геолого-историческими предпосылкамаи связано и формирование на юго-востоке зоны пресных вод мощностью до 2-х км.

Вторым источником хлор-иона в подземных водах является растворение залежей каменной соли (галита) и калийно-магнезиальных солей, содержащих такие минералы, как сильвин , карналлит , бишофит . Растворимость хлористого натрия составляет в интервале температур от 0 до 100 °C 263–282 г/кг, хлористого магния 364–422 г/кг, хлористого кальция 373–614 г/кг; соответственно и концентрация хлор-иона в рассолах выщелачивания каменной соли может достигать 160–170 г/кг, а при выщелачивании калийно-магнезиальных солей – 270–310 г/кг. Условия для интенсивного растворения каменной и калийно-магнезиальных солей создаются, однако, только в тех случаях, когда эти соли залегают достаточно близко к поверхности, в зоне интенсивного водообмена. При залегании на больших глубинах соленосные толщи являются региональными водоупорами и поступление из них солей в водоносные горизонты осуществляется только в результате протекания диффузионных процессов. В масштабе крупных гидрогеологических структур захороненные хлоридные воды, связанные с формированием осадочных толщ (седиментогенные воды), распространены значительно шире, чем соленые воды и рассолы, связанные с разрушением соленосных формаций (воды выщелачивания). В планетарном масштабе седиментогенные воды являются важнейшей составной частью подземной гидросферы, формирующей гидрогеохимическую зональность артезианских бассейнов.

В районе засушливого климата накопление хлоридных солей в подземных водах происходит в результате существенного превышения испарения над количеством поступающих атмосферных осадков; часто галит – один из главных минералов в солончаках.

Следует подчеркнуть, что некоторое количество хлор-иона имеется практически в любой подземной воде. Источником этих солей могут быть переносимые ветром морские брызги (так называемая импульверизация), разрушение горных пород, содержащих небольшие включения хлоридных солей в порах и трещинах, продукты жизнедеятельности животных, отходы промышленных предприятий. Эти процессы формируют фоновые концентрации хлор-иона в подземных водах, составляющие от 5–20 мг/л для районов с гумидным климатом до 100–300 мг/л для районов аридного климата.