Подземные воды как элемент географической оболочки Земли

      Разность  между общей и временной жесткостью  называют постоянной жесткостью, она связана с присутствием сульфатов и галоидов кальция и магния. Жесткость принято выражать в миллиграммах-эквивалентах на литр.

 

 

1.3 Классификация по температуре

 

– исключительно холодные <0;

– весьма холодные 0-4;

– холодные 4-20;

– теплые 20-37; горячие 37-42; весьма горячие 42-100;

– исключительно горячие >100. 

 

 

1.4 Классификация по содержанию газов:

 

     1) углекислые, содержание углекислого газа в углекислых водах колеблется от 500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном виде;

     2) сероводородные;

     3)радоновые;

     4) радиевые.

 

 

1.5 Классификация подземных вод по минерализации и химическому составу:

 

      Минерализация подземных вод – общий вес содержащихся в воде минеральных веществ.

      Выделяются четыре группы подземных вод:

1) пресные - с общей минерализацией до 1 г/л

2) солоноватые - от 1 до 10 г/л

3) соленые - от 10 до 50 г/л

4) рассолы - свыше 50 г/л

     Обычно в  гидрологической практике принято  подразделять воды по химическому  составу, т.е. по преобладанию  того или иного иона. К преобладающим относят ионы, содержание которых в воде превышает 25% суммарного содержание анионов и катионов.

     В классификации Алекина все природные воды делятся по преобладающему аниону на три класса:

1.гидрокарбонатные

2.сульфатные 

3.хлоридные

     Каждый класс  разделяется на три группы  по преобладающему катиону –  кальцию, магнию и натрию.

    Подземные воды, содержащие в растворенном виде какое-либо вещество в концентрациях, при которых возможно извлечение этого вещества, называются промышленными: йодные, бром - йодные, бромные и т. п

 

 

1.6 Типы подземных вод

 

– верховодка и грунтовые воды; 
– грунтовые воды степных районов;

–артезианские воды; 
–трещинно- карстовые воды; 

 

     Тип I —это временно содержащиеся слои или линзы верховодки, получившей свое название от подстилающих ид линз глинистых пород в зоне аэрации. Режим верховодки непостоянен и зависит от количества выпадающих осадков. Иногда верховодка исчезает, что приурочено к засушливому времени или к зимним холодам, когда она может вымерзнуть.

     Тип II — это грунтовые воды, являющиеся первым от поверхности Земли водоносным горизонтом, который залегает на первом водоупоре и имеет свободную поверхность, т. е. барометрически связан с атмосферой через зону аэрации.

     К III типу подземных вод относятся межпластовые воды, заполняющие водопроницаемые породы в земной коре ниже первого водоупорного слоя, которым подстилаются грунтовые воды.

       Межпластовыми эти воды называются потому, что каждый из водоносных слоев (горизонтов) находится между двумя водоупорными пластами: на нижнем водоупорном слое залегает водопроницаемый слой (например, галечники), перекрываемый верхним водоупорным слоем [19].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Процессы формирования подземных вод

 

 

        Формирование вод – длительный физико-химический процесс преобразования, происходящий на различных глубинах при различных температура и давлениях и включающий испарение и конденсацию, катионный обмен между водами и породами.

        Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет по данным А.Ф. Лебедева, 15-20 % общего количества атмосферных осадков.

         К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым породам – массивно- кристаллические породы (гранит, порфир, мрамор), имеющие минимальную впитывать в себя влагу, и глины.

         Последние, пропитавшись водой, в дальнейшем ее не пропускают. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, лесс, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п.

         Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.

          Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

          Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание вглубь Земли.

 Конденсационные воды  образуются в результате конденсации  водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород.

           Седиментогенные подземные воды- это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры. Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы.

          В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно.

          Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод. Однако имеется и другой путь их образования – за счёт конденсации водяных паров в горных породах.

          В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах – от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли.

          В этом слое движение паров воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх – к слою постоянных температур.

          В поясе постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их конденсация с образованием подземной воды. Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях.

          В знойные периоды года она является единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.

          Оба способа образования подземных вод – путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах – главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вандозными водами (от лат. "vadare" – идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе [20].

 

 

2.1 Процессы формирования химического состава подземных вод

 

          Процесс формирования химического состава подземных вод— сложный многообразный природный процесс, определяющий химический состав подземных вод в каждой дайной точке. П. ф. х. с. п. в. является этапом общей миграции химических элементов в земной коре, который последовательно охватывает:

         1) стадию перераспределения химических элементов и изменений форм их соединений как во время формирования источников минерализации, так и в период последующего их существования в геологической истории, а также перераспределение воднорастворимых соединений (минералов) и ионно-солевого комплекса горных пород;

         2) стадию перехода комплексов минерализации подземных вод из источников минерализации в воду;

         3) стадию миграции элементов в подземных водах;

      4) стадию выпадения компонентов минерализации из подземных вод.

        Растворение – важный, широко распространенный процесс, при котором вся порода целиком переходит в раствор (например,  растворение галита NaCL). Растворение продолжается до тех пор, пока вода не достигнет предела насыщения.

        Растворимость натриевых и калиевых солей с повышением температуры увеличивается, а кальциевых (сульфатных) уменьшается, то соответственно холодные воды кальциевые, горячие – натриевые.

         Выщелачивание горных пород состоит в том, что в раствор переходит не вся порода, а только ее растворимая часть. Например, из глинистого известняка вода удаляет углекислый кальция, образуя при этом пустоты.      

         Обменные реакции (обменная адсорбция) заключается в том, что некоторые катионы, содержащиеся в подземных водах, вытесняют из породы находящиеся на ее поверхности адсорбированные катионы. CaSO₄+2Na⁺ = Na₂SO₄ + Ca²⁺.

          Микробиологические процессы, обусловлены жизнедеятельностью организмов. Для неглубокозалегающих подземных вод, большой значение имеют аэробные серобактерии, окисляющие сероводород и серу до серной кислоты.

          В результате чего воды обогащаются сульфатами, что повышает их агрессивность и жесткость. В некоторых глубоких горизонтах артезианских вод распространены анаэробные бактерии – микробы-десульфуризаторы и микробы-денитрификаторы.

          Смешение различных типов вод. Пример: разломы являются путями, по которым глубинные воды поступают в верхние пласты, а в речных долинных часто происходит подпитывание ненапорных вод напорными. Так образуются смеси различных типов подземных вод [20].

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Минеральные воды

 

 

3.1 История минеральных вод

 

         Нашу планету Земля можно назвать водной или гидропланетой. Общий баланс воды в земной коре складывается из вод Мирового океана: морей, рек, озёр, ледников. Большее количество вод являются солёными и минерализованными.

         Для глубинных зон земной коры характерны минеральные воды. Минеральные воды — это воды, содержащие в себе ряд химических компонентов, с минерализацией свыше 1г/л и выше. Минеральная вода является своего рода природным лекарством.

          Лечебными минеральными водами называются природные воды, которые содержат в повышенных концентрациях те или другие минеральные, реже органические компоненты и газы. И обладают какими-нибудь физическими свойствами (радиоактивность, реакция среды и др.), благодаря чему эти воды оказывают на организм человека лечебное действие в той или иной степени, которое отличается от действия «пресной» воды. На базе месторождений минеральных вод, построены курорты, санатории, заводы по разливу минеральных вод.

         Существует множество легенд о том, что завидное долголетие у некоторых народов связано не только с их образом жизни или питанием, а главным образом с той водой, которую они потребляют. Литературные памятники Месопотамии, датированные III тыс. до нашей эры, донесли до нас первые упоминания о целебных свойствах минеральной воды.

Для античных народов лечебная сила подземных вод была загадкой.          

         Считалось, что в источниках обитали таинственные создания, божества — они-то и помогали избавиться от болезней и недугов. Мифы и легенды донесли до нас подтверждения о чудодейственных свойствах целебных источников.

         Древние греки верили, что Геракл обрел свою невиданную силу после того, как искупался в волшебном источнике Кавказа, поэтому мифического героя некоторое время даже считали покровителем целебных вод.

         В древние времена у целебных водных источников греки сооружали святилища, посвященные богу врачевания — Асклепию. В античной Греции археологи обнаружили руины древней водолечебницы, построенной примерно в VI в. до н. э., а общественные купальные устройства стали неотъемлемой частью спортивных заведений.

          Древние римляне также употребляли минеральные воды в лечебных целях. У минеральных источников возводились храмы в честь Эскулапа — бога врачевания в древнеримской мифологии.

          Ученые древности предпринимали и научные изучения, чтобы объяснить уникальные свойства минеральных вод. Первая попытка классифицировать минеральные воды по составу принадлежит греческому ученому Архигену жившему в II в. н. э.

          Он разделял четыре вида воды: aquae nitrose, aluminose, saline и sulfurose (щелочные, железистые, соленые и сернистые). Л.А. Сенека выделял воды серные, железные, квасцовые и считал, что вкус указывает на их свойства. Архиген рекомендовал серные ванны при подагре, а при болезнях мочевого пузыря назначал питье минеральных вод до 5л в день.

          Он считал, что достаточно знать состав воды, чтобы назначить ее для лечения. Следует заметить, что состав воды в то время не мог быть известен даже приблизительно.