Факторы, процессы, условия формирования состава подземных вод, их химический состав и свойства

Химический состав подземных вод чрезвычайно сложен. Это обусловливается многими факторами: сложностью структуры воды; изотопным составом водорода и кислорода; сложностью состава горных пород, с которыми подземные воды взаимодействуют; сложностью биологических процессов, протекающих в них; непостоянством газового состава; различиями температур и давления на различных глубинах и др.

В природе существует три изотопа водорода: протий (преобладает), дейтерий и тритий. Хотя содержание дейтерия и трития в природе ничтожно мало, их наличие влияет на химические свойства воды (в частности, на их биологическое воздействие). Изотопов кислорода в природе имеется также три. Комбинация изотопов водорода и кислорода дает сорок два вида воды, из них наиболее стабильны девять. Так называемой легкой воды Н₂0 — в природе нет. Обычная вода имеет полимерную структуру вида Н₂nОn, Основными процессами, формирующими химический состав подземных вод, являются: растворение, гидролитическое разложение, ионный обмен, диффузионное выщелачивание и биологические процессы. Помимо этих факторов имеют значение также смешение вод, происходящее на участках соприкосновения вод различного происхождения; концентрация вод при испарении, а также в результате наложения сложных процессов, происходящих в подземных водах; насыщение вод углекислотой в зонах метаморфизма горных пород; окислительные и восстановительные процессы.

Растворение — процесс перехода в раствор всех элементов, входящих в горную породу. В земной коре всегда содержатся различные легкорастворимые вещества, присутствующие в горных породах в виде примесей (хлоридов, сульфатов и др.) или же в виде залежей солей. При соприкосновении с водой подобные соли переходят в раствор, в результате чего подземные воды и обогащаются химическими элементами.

Гидролитическое разложение, или выщелачивание,— процесс избирательного растворения и выноса подземными водами какой-либо составной части горных пород. Гидролитическое разложение особенно интенсивно протекает в верхней части земной коры, что связано с энергично идущими здесь процессами выветривания. Способность подземных вод к выщелачиванию повышается благодаря присутствию в ней растворенных кислорода и углекислого газа. Вследствие выщелачивания некоторые составные части горных пород переходят в раствор и мигрируют с водами; в результате выщелачивания подземные воды обогащаются солями натрия, калия, кальция, магния и другими элементами. Ионный обмен. Глинистый терригенный материал обычно В поглощающем комплексе содержит катионы кальция, так как в водах суши в растворенном виде преобладают соли этого металла. При диагенезе глинистых осадков, отложившихся в морях, протекают процессы ионного обмена; катионы кальция в поглощающем комплексе глинистых частиц обмениваются на катионы натрия, преобладающие в поровом растворе глинистых осадков, поскольку морская вода, насыщающая поры осадков, содержит в растворенном виде главным образом соли натрия. В результате процессов ионного обмена химический состав подземных вод существенно изменяется. Диффузионное выщелачивание происходит при длительном соприкосновении воды с породами; от процессов ионного обмена оно отличается тем, что во взаимодействие с катионами раствора вступают катионы, входящие в кристаллическую решетку минералов, являющихся составной частью горных пород:

Биологические, точнее микробиологические, процессы имеют огромное значение для преобразования химического состава подземных вод. По мнению В. И. Вернадского, одним из наиболее активных веществ в земной коре является живое вещество — совокупность живых организмов. Поверхностные и подземные воды заселены большим количеством живых организмов. В районах нефтяных месторождений бактерии обнаружены на глубине более 2000 м. Жизнедеятельность организмов является активным фактором в формировании химического состава природных вод. Жизнедеятельностью организмов обусловлены следующие реакции: процессы окисления, процессы восстановления анаэробными бактериями содержащихся в подземных водах окисленных веществ; восстановление сульфатов до сероводорода; восстановление азотнокислых солей; концентрирование рассеянных элементов; формирование газового состава некоторых типов подземных вод и др.