Процессы формирования химического состава подземных вод.

ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО (КОМПОНЕНТНОГО) СОСТАВА

ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Источники компонентного состава подземных вод.

Факторы формирования химического состава подземных вод.

Процессы формирования химического состава подземных вод.

Палеогидрогеохимические реконструкции]

Источники компонентного состава подземных вод.

Источниками компонентного состава подземных вод (самой Н₂О и растворённых в ней веществ) служат атмосфера (метеорные осадки), наземная гидросфера (океаны, моря, озёра, реки), литосфера (горные породы и минералы), биосфера (органическое вещество) и мантия (летучие компоненты магмы). Чтобы было понятно, в чём проявляется роль названных источников состава подземных вод, должен напомнить (может быть, в несколько иных терминах, чем вам это давалось в курсе “общей гидрогеологии”) о генетических типах подземных вод.

Воззрения о существовании различных генетических типов подземных вод впервые свёл в строгую схему Г.Н. Каменский (1947). Эта схема лежит в основе современных представлений о генетических типах подземных вод. Итак, по первоисточнику ресурсов вещества выделяются четыре основные генетические разновидности подземных вод: атмосферные, талассогенные, петрогенные и мантийногенные.

Атмогенные (метеогенные) подземные воды формируются главным образом в результате просачивания в недра атмосферных осадков. Перемещаются эти воды в земной коре под действием гидростатического напора от областей питания к областям разгрузки, т.е. как в сообщающихся сосудах. В гидрогеологической практике такие воды чаще называются инфильтрогенными или инфильтрационными; при этом подчёркивается способ их проникновения в водоносный горизонт. Надо отметить, что атмогенные воды могут быть также захоронены вместе с отложениями при озёрном или речном осадконакоплении. В таких случаях это — седиментогенные (или седиментационные) подземные воды, движущиеся под влиянием геостатического напора (давления уплотняющей нагрузки, возникающего при накоплении всё новых и новых пластов осадков).

Талассогенные (“талассо”— море) подземные воды появляются в недрах, как правило, в результате захоронения морских вод при осадконакоплении (седиментации). Поэтому термины “талассогенные воды” и “седиментогенные” или “седиментационные воды” обычно применяются как синонимы. Реже воды морских бассейнов могут просачиваться в подстилающие горизонты как атмосферные осадки. В таком случае это — инфильтрационные талассогенные воды.

Важно отметить, что при формировании талассогенных вод чаще всего захороняются морские воды с минерализацией около 35 г/л. Однако их солёность может быть и ниже, и значительно выше. Существовавшие в прошлые геологические эпохи гигантские солеродные бассейны, в которых процесс солнечного испарения многократно сгущал морскую воду, давали начало высококонцентрированным подземным рассолам.

Движение талассогенных вод — обычно элизионное, возникающее под действием геостатических сил, в меньшей мере температуры. Сначала из уплотняющихся при погружении отложений в более проницаемые пласты отжимаются свободные (гравитационно–подвижные) воды. По мере погружения пород масса свободных вод пополняется за счёт физически связанных вод.

Петрогенные подземные воды (их ещё называют метаморфогенными и возрождёнными) появляются в результате освобождения водных молекул из минералов, содержащих химически связанную воду, к которой относится кристаллизационная, цеолитная и конституционная. Главным импульсом удаления из минералов химически связанной воды является температура. Количество образующихся при этом петрогенных вод может быть очень большим. Так в гипсе (СаSO₄ · 2Н₂0), например, содержится 20,9 % кристаллизационной воды, которая в экспериментальных условиях полностью удаляется при температуре 140–220 °С, а в природных условиях с учётом длительности геологического времени может удаляться, очевидно, и при меньших температурах. В глинистом минерале монтмориллоните содержание лишь молекулярной межслоевой воды составляет 12–24 %. Большая часть этой воды удаляется при погружении отложений в зону температур 100–135 °С (при превращении монтмориллонита в гидрослюду). В глинистых минералах, кроме того, содержится много (10–28 %) конституционной (в вида гидроксила) воды, которая удаляется при ещё больших температурах в зоне метаморфизма.

Судя по всему, в момент выделения химически связанной воды из решётки минералов она является абсолютно пресной. Поскольку минералы, содержащие химически связанную воду (главным образом, глинистые и гипс), слагают в литосфере мощные толщи, то процесс возрождения воды может иметь грандиозные масштабы. Несмотря на это, наблюдать петрогенные воды в чистом виде невозможно вследствие их непременного смешения с другими генетическими типами вод, чаще всего с талассогенными растворами. Вместе с тем, судить о факте удаления из пород химически связанной воды в ряде случаев удаётся по опреснению нижних частей гидрогеохимическиго разреза, К этому вопросу мы ещё вернёмся, когда будем рассматривать гидрогеохимическую зональность.

Ещё более сложны для изучения мантийногенные подземные воды. Их называют также ювенильными (что значит, заново рождённые). Как следует из названия этого типа вод, их источником является мантия. Это те воды, которые выделяются из глубинных магм, связанных с мантийными магматическими очагами. Вопрос о том, какова солёность мантийной воды в момент её отделения от магмы, неясен. Но судя по всему, её минерализация весьма мала. При движении глубинной магмы вверх отделяемая из неё водная фаза обязательно смешивается с подземными водами других типов (атмогенными, талассогенными, петрогенными), которые всегда присутствуют в тех породах, с которыми контактирует мантийная магма. Поэтому в реальной гидрогеологической практике мы можем с большей или меньшей степенью достоверности говорить лишь о доле мантийногенной (ювенильной) воды в конкретной полигенетической водной смеси. Например, даже в таких активных сегодня районах, как Исландия и Камчатка, доля магматических флюидов в водном балансе гидротермальных систем обычно не превышает 10 %.

Некоторые исследователи выделяют ещё пятый генетический тип подземных вод — органогенные воды, имея в виду, что определённое количество воды образуется на Земле в результате химических реакций с участием органического, в том числе и живого вещества. Очевидно, что воды этого типа, как и петрогенные и мантийногенные, в чистом виде наблюдаться не могут, так как смешиваются с другими типами вод.

Итак, вспомнив о существующих генетических типах вод и вернувшись к источникам компонентного состава подземных вод, с чего начиналась настоящая лекция, мы видим, что эти источники запечатлены уже в названиях генетических разновидностей вод: атмогенные воды образуются с решающим участием атмосферных осадков, воды рек и озёр; талассогенные — с участием вод моря; петрогенные — с участием минералов — составных частей литосферы; мантийногенные — с участием мантии; органогенные — биосферы.

Для того, чтобы понять закономерности такого сложного природного явления как формирование состава подземных вод, важно разобраться, какие же факторы и процессы его обусловливают. Под факторами формирования состава подземных вод понимают движущие силы (причины), вызывающие изменения состава воды в земной коре. А процессы — это следствия факторов; они создают или преобразуют состав подземных вод.

Дата добавления: 2015-07-16