Свойство и состав подземных вод. Формирование и химический состав подземных вод Классификация подземных вод.

Главнейшими свойствами являются: температура, плотность, прозрачность, цвет, запах, вкус, радиоактивность.

Температура вод изменяется в широких пределах: в областях распространения многолетней мерзлоты она даже отрицательная: минус 4—6°, в районах деятельности молодых вулканов — более 100 °С. Температура неглубокозалегающих подземных вод обычно изменяется в пределах от 5 до 15 °С и обусловливается местными климатическими факторами.

Плотность Наибольшей плотностью вода обладает при 4°С. В отличие от других жидкостей при охлаждении от 4 до 0°С она расширяется, поэтому лед легче воды — его плотность 0, 92 г/см3. Плотность пресной воды при 4°С—1, 0 г/см3, плотность морской воды 1, 03—1, 08 г/см3.

Прозрачность воды — это способность ее пропускать световые лучи. Она зависит от содержания в воде механических примесей и органических веществ. Выделяют прозрачные воды, слегка мутные, мутные и очень мутные. Определение производится в специальных приборах.

Цвет зависит от химического состава подземных вод. Химически чистая вода обладает небесно-голубым цветом. Болотные воды окрашены в желтый цвет от присутствия органических гуминовых кислот, закисные соли железа Fe₂+ придают воде зеленовато-голубую окраску, а полуторные окислы железа Fe₃+ — ржавую, буроватую.

Запах. В большинстве случаев подземные воды не имеют запаха. Болотные воды, богатые гуминовыми веществами, обладают особым болотным запахом; застойная вода в колодцах, крепленных гниющими деревянными срубами, имеет затхлый запах, присутствие в воде сероводорода придает ей запах тухлых яиц.

Вкус воде сообщают растворенные в ней минеральные вещества, газы, различные примеси. Так, ионы железа придают ей неприятный вкус. Хлориды натрия — соленый вкус. Сернокислые соли натрия и магния — горький, органические вещества — сладковатый, а ионы свободной углекислоты — приятный, освежающий.

Подземные воды, содержащие природные радиоизотопы урана, радона и радия, называются радиоактивными. Единицей измерения урана и радия в водах является грамм на литр (г/л). Количество радона выражается единицей кюри.

Критерии радиоактивности минеральных вод весьма различны от 3 до 275 ед. Махе, для питьевого лечения допускается содержание до 800 ед. Махе.

Состав вод очень разнообразен, в них содержатся химические элементы, газы, пары воды, коллоиды, бактерии, различные взвеси. Никакая другая жидкость не может сравниться с водой ни по числу веществ, которые могут в ней растворяться, ни по количеству вещества, которое она может удерживать в растворе. Наиболее широко распространены в воде следующие ионы: С1^-, НСО_з^2- , СО_з^2- , SO₄^2- , Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺ которые часто называют главными; их разнообразные сочетания определяют основные типы природных вод. В водах содержатся также ОН^-, F^-, NO₃^-, N0₂^- и Н+, NH₄⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Sr²⁺, некоторые микроэлементы — иод, бром, бор, медь, свинец, мышьяк, барий и т.д. Эти и другие элименты влияют на свойства воды.

Состав изменяется и в меридиональном и широтном направлениях в зависимости от климата, ландшафта, характера выветривания.

Географическая зональность с севера на юг:

в тундре подземные воды залегают у поверхности, (< 0, 2 г/л). Состав HCOз-SiOз.

в средней полосе М= 0, 2-0, 5г/л, Состав HCOз--Ca+, реже- SO4- и Cl-.

южные лесостепи М > 1 г/л Состав воды Cl- SO4, за счет роста S6+ и Сl-.

в Причерноморье, Крыму, Средней Азии М=3-8 г/л и залегают на больших глубинах. Состав SO4—Cl.

Состав и обилие подземных вод зависит от климата пересеченности рельефа типа вмещающих пород.

Вертикальную зональность в горах:

-верхняя зона пресных вод < 1 г/л НСОз-Са+

-средняя зона солоноватых вод 1-10 г/л преобладают SO4 и Cl-

-нижняя зона соленых вод > 10 г/л преобладают Сl-Na+

формирование и распространение подземных вод

Объяснение этому — особенности структуры молекулы воды.

Формирование состава подземных вод.

Изменение содержания в подземной воде различных веществ происходит вследствие сложных химических и физико-химических процессов:

1) растворения горных пород,

2) их выщелачивания,

3) обменной адсорбции между водой и поглощенным комплексом породы,

4) внутригрунтового испарения капиллярной каймы грунтовых вод,

5) микробиологических процессов,

6) смешения вод.

На некоторые процессы значительное влияние оказывает климат, количество атмосферных осадков, испаряемость, температура.

Растворение важный, широко распространенный процесс, при котором вся порода целиком переходит в раствор, например, растворение каменной соли.

Выщелачивание горных пород состоит в том, что в раствор переходит не вся порода, а только ее растворимая часть. Например, при взаимодействии подземных вод с глинистыми известняками вода удаляет (выщелачивает) только их растворимую часть — углекислый кальций, образуя пустоты, а вся остальная часть породы остается на месте.

Обменные реакции (обменная адсорбция) заключаются в том, что некоторые катионы, содержащиеся в подземных водах (например, катионы Na+, вытесняют из породы находящиеся на ее поверхности адсорбированные катионы Са²⁺).

Микробиологические процессы, обусловленные жизнедеятельностью организмов, являются важным фактором преобразования подземных вод, обусловливая реакции окисления и восстановления различных солей.

Смешение различных типов вод происходит и в природных, не нарушенных человеком обстановках. Например, в горных районах при разрывных нарушениях сбросы являются путями поступления глубинных вод в верхние пласты, в речных долинах часто имеет место «подпитывание» напорными водами вод ненапорных. Таким образом, возникают смеси различных химических типов подземных вод: происходят процессы засоления и рассоления почв и грунтовых вод.

Классификации подземных вод. Существуют различные классификации подземных вод: по общей минерализации, жесткости содержанию анионов и катионов, содержанию отдельных газов и т. д. Широко распространена несколько видоизмененная классификация вод, разработанная акад. В. И. Вернадским, по общей минерализации (плотному остатку). Согласно ей поды разделяются следующим образом:

Кроме того, существует много классификаций подземных вод по их использованию для водоснабжения, водопоя скота, орошения и других целей. Предельные нормы содержания отдельных элементов и общей

Особые требования предъявляются к подземных водам при строительстве. Разрушающее действие подземных вод на сооружгнии (бетон, железные трубы, фильтры), находящиеся в зоне колебания их уровня и в зоне насыщения, называется агрессивностью). Особо важным в настоящее время является выяснение агрессивности подземных вод по отношению к бетону. Наблюдения показывают, что разрушение бетона происходит:

I) в связи с растворением и выщелачиванием составных частей бетона;

2) в связи с образованием в бетоне новых соединений, возникающих в результате взаимодействия составных частей цемента с растворенными в соприкасающейся с бетоном воде веществами. Различают следующие виды агрессивности:

· углекислую,

· выщелачивающую,

· сульфатную,

· магнезиальную

· общекислотную.

Углекислый вид агрессивности вод заключается в разрушении бетона в результате растворения карбоната кальция поддействием агрессивной угольной кислоты:

Агрессивность выщелачивания сводится к растворению карбоната кальция и вымыванию из бетона гидрата окиси кальция

Сульфатный вид агрессивности наблюдается при большом содержании ионов SO₄, в результате чего в бетоне образуются соли, приводящие к его вспучиванию и разрушению.

Магнезиальный вид агрессии _возникает при высоких содержаниях иона магния и иона SO₄. Бетон при этом вспучивается и разрушается.

Для изделий из железа — буровых труб, трубопроводов, насосов — агрессивны кислые воды с рН = 3—4. К таким водам с общекислотной агрессивностью относятся грунтовые воды Крайнего Севера и многих болот Нечерноземной зоны РФ.

Следует отметить, что агрессивность вод увеличивается при смешивании двух, даже неагрессивных, вод.

Особые требования предъявляются к подземных водам при строительстве.

А) наличие запаха,

Б) наличие цвета,

В) наличие в воды химических элементов вступающих в реакцию с цемента.

Г) наличие в воде кислорода