Изотопный состав природных вод, использование данных по изотопному составу для решения практических задач.

Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Водород представлен тремя изотопами: протий ¹H, дейтерий D (²H), тритий T (³H). Первые два изотопа стабильны, последний изотоп быстро распадается с образованием ³He. Среди стабильных изотопов преобладает более лёгкий протий.

Кислород представлен тремя стабильными изотопами: ¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O. Среди них преобладает самый лёгкий изотоп ¹⁶O. Обычную воду образует протий и изотоп ¹⁶O.

Природная вода является смесью различных видов молекул следующего состава:

Разнообразие изотопных разновидностей воды велико. Девять из них включают только стабильные изотопы и составляют основное содержание природной воды. В ней преобладает обычная вода (легкая протиевая вода) Н¹₂О¹⁶ (99, 73%), далее следует тяжелокислородные воды Н¹₂О¹⁷ (0, 04%) и Н¹₂О¹⁸ (0, 2%), а также изотопная разновидность тяжелой воды H¹D¹O¹⁶ (0, 03%).

Разделение изотопов кислорода и водорода в составе природных вод связано с процессами испарения и конденсации. Изотопно легкие молекулы легче переходят в пар, поэтому газообразная влага в нормальных условиях изотопно облегчается (D и ¹⁸O), а жидкая утяжеляется. Конденсат влаги также богат D и ¹⁸O.

Концентрация дейтерия и кислорода-16 связаны прямолинейной зависимостью:

уравнение Крейга:

Содержания тяжелой воды в природных водах не равномерно. Например, в замкнутых водоемах тяжёлой воды больше, так как она испаряется менее интенсивно, чем обычная вода. Значит в районах с жарким климатом тяжелой воды больше. Поверхность океана на экваторе и в тропиках обогащается дейтерием, на это влияют частые атмосферные осадки, при образовании которых идут процессы конденсации воды из паровой фазы, так как тяжелая вода конденсируется быстрее, чем легкая, следовательно, осадки обогащены тяжелой водой. Для океанской поверхности повышенное содержание тяжелой воды характерно лишь на низких широтах. В высоких южных широтах океанские воды заметно " легче". Это объясняется влиянием талых вод антарктических айсбергов, которые отличаются наиболее низким содержанием дейтерия на планете.

Использование данных по изотопному составу для решения практических задач:

1) Тяжёлая вода токсична: замедляет биохимические реакции, живые организмы в ней погибают. Используется как замедлитель нейтронов и теплоноситель в ядерных реакторах.

2) Используется при изучении скорости движения подземных вод в ГП.

Вывод. Если под землёй встречается тяжёлая вода, значит, она просочилась сквозь грунт из атмосферы, где и зародилась. Лёгкую воду отследить сложнее из-за её количества. Она может быть как атмосферная, так и подземная.

*3. Типы скоплений подземных вод

В классификации подземных вод по характеру их скоплений выделяется три типа скоплений вод: трещинно-жильных, пластовых и лавовых.

Трещинно-жильный тип залегания вод характерен для массивных, сильно уплотненных и часто дислоцированных пород — изверженных, метаморфических и метаморфизованных осадочных пород. Водоносные трещины и обводненные тектонические нарушения, которые можно назвать водоносными жилами, распределены
в этих породах неравномерно, поскольку процессы образования пустот имеют различную направленность и происхождение — тектоническое, литогенное, карстовое и как результат выветривания.

Пластовые воды — подземные воды, циркулирующие в пластах горных пород. воды пластового типа распространены на платформенном чехле, который обычно сложен слоистыми осадочными породами. Структуры, в которых в основном получили развитие пластовые воды, называют артезианскими бассейнами.

Лавовый тип скоплений подземных вод распространен в вулканогенно-туфогенных образованиях. Переслаивание лавовых пород, туфового материала и осадков различного генезиса (аллювиальных, озерных, морских, ледниковых и др.) создаст специфическую обстановку распределения пустот. Она существенно отличается от таковой в артезианских бассейнах и гидрогеологических массивах. В вулканогенных толщах образуется сложная
система водоносных зон, горизонтов и линз, наблюдается сочетание пластового и жильного характера водоносности. Лавовые (лавово-туфовые) воды приурочены к молодым вулканогенным структурам.

Трещинно-жильный, пластовый и лавовый типы скоплений подземных вод делят на классы. Так, например, трещинно-жильные воды классифицируются на регионально-трещинные воды (зон выветривания и зон тектонической и литогенетической трещиноватости), карстово-жильные воды, локально-трещинные воды зон тектонических нарушений. Среди пластовых вод различают поровые, порово-трещинные, трещинные и трещинно-карстовые. Лавовые воды делят в зависимости от положения в разрезе на
верхне-, меж- и нижнелавовые.

*4.Основные гидрогеологические структуры континентов

Под гидрогеологической структурой понимается геологическая структура, ее часть или совокупность нескольких геологических структур, в пределах которых имеет место сходство условий формирования, залегания, накопления, движения и разгрузки подземных вод в процессе развития земной коры. Гидрогеологическая структура—это вместилище подземных вод, гидродинамически более или менее обособленное от смежных структур. Таким образом, понятие “гидрогеологическая структура” относится к некоторому объему, а “гидрогеологический район” — к площади, участку земной поверхности, в пределах которого тот или иной бассейн, та или иная гидрогеологическая структура или их совокупность выходят на поверхность; точнее, гидрогеологические районы—это проекция гидрогеологических структур на поверхность Земли.

Основные типы гидрогеологических структур

1. Гидрогеологические (артезианские) бассейны

2. Гидрогеологические массивы

3. Складчатые (горно-складчатые) области

Под артезианским бассейном следует понимать единую геогидродинамическую систему, пространственно связанную со структурно-тектоническим элементом, верхний этаж которого представлен толщами пологозалегающих или слабодислоцированных преимущественно осадочных пород, содержащих межпластовые подземные воды. Артезианские бассейны являются основными структурно-гидрогеологическими элементами континентальных платформ, занимая практически все площади сплошного распространения отложений осадочного чехла.

Гидрогеологические массивы и складчатые (горно-складчатые) области как тип гидрогеологического района в отличие от артезианских бассейнов характеризуются одной общей особенностью — преимущественным распространением трещинных типов подземных вод.

Гидрогеологические массивы, являющиеся структурами, сложенными главным образом древними кристаллическими породами, и характеризуются преимущественным распространением геофильтрационных сред магматического и метаморфогенного типов. Складчатые области в отличие от массивов характеризуются чрезвычайно сложным структурным планом, причем соседние структуры могут быть сложены горными породами различного возраста и состава.