Гидрогеохимия / Вымораживание межмерзлотных вод (в лекцию)

Неравномерность охлаждения гидрогеологической структуры приводит к формированию линз межмерзлотных вод с избыточным криогенным напором и минерализацией до 218 г/л уникального сульфатного магниевого химического состава. Эвтектика сульфата магния – минус 4.8^оС, эвтектическая концентрация – 230 г/л. Наличие в многолетнемерзлых породах сульфатных магниевых рассолов с минерализацией 218г/л указывает на температуру горных пород – минус 4.5^оС. При температуре многолетнемерзлых пород ниже эвтектики сульфата магния – минус 4.8^оС – следует ожидать засоление льда кристаллогидратами MgSO₄.

Криогидратные точки (эвтектики) следует использовать как палеотермометры гидрохимических условий промерзания гидрогеологических структур при палеогидрогеологических реконструкциях [1-3].

В целом последовательность изменения анионного состава подземных вод при промерзании в большинстве случаев можно выразить схемами НСО₃  SO₄  Cl^--, в зависимости от исходного химического состава подземных вод. Катионный состав, в том числе и микрокомпонентный, при этом испытывает глубокие преобразования, направление которых в общем случае также зависит от исходного химического состава подземных вод.

По мере понижения температуры подземных вод [1, (табл.1)], раствор вымораживания обогащается солями с низкими эвтектиками и, в первую очередь, бромидными и хлоридными солями, а соответствующие им катионы занимают ряд K  Na  Mg  Ca  Li. Из сказанного следует, что морская вода полностью не замерзает практически никогда, т.к. эвтектики таких солей как LiCl и CaBr составляют -67 и -82^оС соответственно, а при понижении температуры рапы ниже эвтектики CaCl₂ (-49 - -55^оС), возможно образование рассолов этих солей.

При промерзании раствор вымораживания также обогащается солями тяжелых металлов.

При повышении температуры при деградации многолетнемерзлых горных пород растворение солей происходит в порядке, обратном их кристаллизации, образуются маломинерализованные воды.

Увеличение объема воды при её замерзании приводит к тому, что часть раствора вымораживания отжимается в сторону от фронта промерзания. Этот процесс ведет, с одной стороны, к концентрированию раствора на фронте промерзания, а с другой - к формированию криогенной гидрохимической зональности (льдов и поровых растворов), отвечающей последовательности кристаллизации солей при вымораживании. Наиболее крепкие рассолы самозахораниваются вследствие высокой плотности в глубоких частях гидрогеологической структуры, вытесняя более пресные воды к фронту промерзания.

При промерзании геологического разреза в нем формируется криогенная трещиноватость вследствие увеличения объема воды на 9% при фазовом переходе жидкость – лед.

При деградации многолетнемерзлых горных пород снизу – вверх в них образуются наиболее проницаемый опресненные интервалы подмерзлотных сульфатно-гидрокарбонатных магниево-кальциевых вод.