4. Основы гидрогеохимии подземных вод

4.1. Состав подземных вод и их классификации

Все химические элементы в зависимости от их содержания в подземных водах принято делить на 4 группы.

Макрокомпоненты включают преобладающие элементы и комплексные соединения. Они определяют химический тип воды.

Микрокомпоненты - химические элементы или их соединения, содержащиеся в подземных водах. Они оказывают значительное влияние на специфические особенности её состава и влияют на биологические процессы. Микрокомпоненты используются для выяснения условий формирования подземных вод, а так же могут являться поисковым критерием на рудные полезные ископаемые.

Радиоактивные элементы представляют собой неустойчивые изотопы, в результате чего происходит их непрерывный распад.

Макрокомпоненты составляют основу солёности воды, которая оценивается общей минерализацией – суммой ведущих солей, растворённых в воде. Общая минерализация подсчитывается либо по результатам химического анализа отдельных компонентов, либо путём выпаривания 1 литра воды. Получаемый осадок носит название сухого остатка. Общая минерализация измеряется обычно в г/л.

Классификация подземных вод по общей минерализации

Класс вод	Подкласс вод	Минерализация, г/л
Пресные	Ультрапресные	менее 0,2
	Умеренно пресные	0,2 – 0,5
	Собственно пресные	0,5 – 1,0
Солоноватые	Слабосолоноватые	1 – 3
	Умеренно солоноватые	3 – 10
Солёные	Слабосолёные	10 – 30
	Сильносолёные	30 – 50
Рассолы	Слабые	50 – 100
	Крепкие	100 – 320
	Сверхкрепкие	320 – 500
	Предельно насыщенные	Более 500

Другой важный параметр воды – жёсткость, которая обусловлена суммой ионов кальция и магния. Различают общую, устранимую и постоянную жёсткость.

Общая жёсткость обусловлена общим содержанием в воде ионов Са и Мg.

Устранимая (временная) жёсткость – определяется той частью названных ионов, которая выпадает в осадок при кипячении.

Постоянная жёсткость обусловлена содержанием в воде той части ионов Са и Мg, которая остаётся в воде после кипячения.

Классификация пресных подземных вод по общей жёсткости

Очень мягкие	до 1,5 мг-экв/л
Мягкие	1,5 – 3,0 мг-экв/л
Умеренно жёсткие	3,0 – 6,0 мг-экв/л
Жёсткие	6,0 – 9,0 мг-экв/л
Очень жёсткие	более 9,0 мг-экв/л

Ещё одной важной характеристикой подземных вод является ионно-солевой состав. Он определяется генетическим типом вод и характеризуется их химическим составом. Классификация В.А. Александрова основана на трёх главных признаках: 1. Преобладающие анионы2. Биологически активные элементы3. Физические свойства

По этим признакам все воды делятся на 6 групп :гидрокарбонатные, хлоридные, сульфатные,комбинированные,воды предыдущих 4-х групп, но содержащие значительное количество биологически активных микрокомпонентов,воды предыдущих 5-ти групп, но содержащие значительное количество газов

Классификация природных вод по О.А. Алекину

Важной составляющей подземных вод являются газы. Наиболее расространёнными являются кислород, углекислый газ, сероводород, водород, метан, тяжёлые углеводороды, азот и благородные газы. Содержание газа в воде определяется газонасыщенностью. Способность газов к растворению в воде неодинакова и определяется коэффициентом растворимости.

Все подземные воды содержат растворённые органические вещества, среди которых доминируют вещества гумусового и нефтяного ряда.

Отбор проб производится в стерильную посуду. При опробовании скважин пробы отбирают после 2 – 3 смен объёмов воды.

Водородный показатель и понятие об окислительно-восстановительном потенциале

Водородный показатель (рН) характеризуется концентрацией ионов водорода в воде. Вода диссоциирует на ионы:

Н₂О = Н⁺ + ОН^-

Константа диссоциации (ионное произведение) К _в равна

К _в = (Н⁺) х (ОН^-) = 10 ^–7 х 10 ^–7 = 10 ^–14

В нейтральной воде концентрации Н⁺ и ОН^- одинаковы, следовательно, концентрация (Н⁺) =10 ^–7

Значение активности водорода показывается в виде отрицательного натурального логарифма т.е. рН = 7

По величине рН воды делятся на:

Тип воды	рН
Сильнокислые	менее 3
Кислые	3,0 – 5,0
Слабокислые	5,0 – 6,5
Нейтральные	6,5 – 7,5
Слабощелочные	7,5 – 8,5
Щелочные	8,5 – 10
Сильнощелочные	более 10

В питьевых водах рН должен быть в пределах 6,5 – 8,5

Окислительно-восстановительный потенциал (Еh) имеет большое значение для установления форм нахождения и условий миграции элементов. Окисление и восстановление связаны с изменением валентности, проявляемой элементом. Окисление связано с отдачей электронов, а восстановление с их присоединением. Величиной, определяющей направление, в котором протекает окислительно-восстановительный процесс, является химический потенциал. Активность электронов понимается в смысле вероятности появления новых электронов. Эта вероятность тем выше, чем сильнее восстановительные свойства раствора.

Принято считать, что потенциал газообразного водорода в стандартном состоянии равен нулю. Поскольку электрический потенциал в растворе измерить невозможно, ограничиваются измерением разности потенциалов. Для удобства в работе вместо водородного полуэлемента используют хлор-серебряный или хлор-таллиевый электрод. В качестве второго электрода используют электрод из благородного металла (золото, платина).

В природных водах окислительно-восстановительный потенциал определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов.