Химический состав подземных вод

По количеству растворенных веществ природные воды разнообразны и изменяются: от ультрапресных вод (с содержанием в растворе различных элементов в долях процента) до рассолов с полной насыщенностью. Общее содержание растворенных в подземных водах веществ принято называть общей минерализацией воды и выражать в г/л или в мг/л.

В.И. Вернадский подразделял все природные воды с точки зрения общей минерализации на четыре больших класса:

1. Пресные, с общей минерализацией до 1 г/л.

2. Солоноватые, с общей минерализацией от 1 до 10 г/л.

3. Соленые, с общей минерализацией от 10 до 50 г/л.

4. Рассолы (очень сильно минерализованные воды), с общей минерализацией свыше 50 г/л (300 и более г/л). Максимальная величина минерализации, достигающая 500 – 600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне.

Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды – от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. В последующем А.М. Овчинниковым и другими исследователями дано более дробное подразделение подземных вод по их минерализации (табл).

Слайд 28

Таблица
Общая минерализация и химический состав подземных вод (по А.М. Овчинникову)

Характеристика вод	Общая минерализация, г/л	Химический состав	по В.И. Вернадскому
Ультрапресные	<0,2	Обычно гидрокарбонатные	Пресные
Пресные	0,2 – 0,5
Воды с относительно повышенной минерализацией	0,5 – 1	Гидрокарбонатно-сульфатные Сульфатно-хлоридные
Солоноватые	1 – 3	Солоноватые
Соленые	3 – 10	Преимущественно хлоридные
Воды повышенной солености	10 – 35	Соленые
Воды, переходные к рассолам	35 – 50	Хлоридные
Рассолы	50 – 400 (500)	Рассолы

Слайд 29

Классификация подземных вод по химическому составу в большинстве случаев производится по преобладающим анионам и катионам. Так, выделяются следующие наиболее распространенные классы: 1) гидрокарбонатные воды (НСО₃^–>25 экв-%); 2) сульфатные воды (SO₄^2–>25 экв-%); 3) хлоридные воды (Cl^–>25 экв-%); 4) воды сложного состава хлоридно-гидрокарбонатные, сульфатно-гидрокарбонатные, хлоридно-сульфатные и другие еще более сложного состава. По соотношению с катионами каждый из них может быть натриевым, или кальциевым, или магниевым, или смешанным – кальциево-магниевым, натриевокальциевым и др.

Слайд 30

ОПОЛЗНИ

С деятельностью подземных и поверхностных вод и другими факторами часто связаны разнообразные смещения горных пород, развивающиеся на крутых береговых склонах оврагов, долин рек, озер и морей. Характер и величина смещений бывают различными. Среди них наблюдаются:

1. Мелкие смещения, захватывающие только поверхностную часть склона, почвенный слой и часть подстилающей выветрившейся породы, которые под влиянием сильного переувлажнения атмосферными осадками начинают медленно передвигаться вниз. Такие смещения называются оплывинами, или сплывами.

Слайд 31

2. Крупные смещения земляных масс по склону, захватывающие различные горные породы, слагающие склон и распространяющиеся на большую глубину. Такие смещения называются оползнями.

3. Внезапные обрушения огромных масс горных пород, сопровождающиеся опрокидыванием сорвавшегося массива и его дроблением, называются обвалами.

Слайд 32

Во всяком оползневом склоне можно выделить отдельные элементы его. Поверхность, по которой происходит отрыв части горных пород от склона и последующее их оползание вниз, называется поверхностью смещения, или поверхностью скольжения. Она часто несет на себе следы полировки и штриховки, вызванные трением пород друг о друга при сползании. Такую полировку часто называют зеркалами скольжения. Сместившиеся горные породы, располагающиеся в нижней части склона, называют оползневыми накоплениями, или оползневым телом. Верхняя, более крутая часть склона, расположенная выше оползневого тела, называется надоползневым уступом. Оползневое тело в поперечном разрезе обычно выражено в виде террасовидной ступени, часто запрокинутой в сторону ненарушенной оставшейся части склона и называемой оползневой террасой. Поверхность такой террасы чаще всего неправильно бугристая, иногда же более или менее выровнена. Место сопряжения оползневого тела с надоползневым уступом, выраженное иногда понижением в рельефе, называется тыловым швом оползня.

Слайд 33

Место выхода поверхности скольжения в склон называется подошвой оползня. Она может располагаться на различных уровнях в зависимости от состава горных пород, слагающих склон, и характера оползневых смещений. В большинстве случаев она находится у подошвы склона, иногда уступ выше его, но местами опускается значительно ниже, уходя даже под уровень воды реки или моря.

Слайд 34

Причины оползневых явлений. Исследования оползневых районов показали, что оползни представляют собой сложный процесс, протекающий под влиянием комплекса факторов, в числе которых находятся и подземные воды. К таким факторам относятся:

1. Интенсивный подмыв берега рекой или абразия морем (разрушение действием прибоя) в ряде случаев являются одной из главных причин возникновения оползней в Поволжье, на Черноморском побережье Кавказа и в других районах.

2. Влияние атмосферных осадков сказывается на устойчивости земляных масс.

3. Изменение консистенции (состояния) глинистых пород склона в результате воздействия подземных или поверхностных вод и процессов выветривания. При условии обнажения глины в береговом склоне она подвергается воздействию различных внешних факторов и выветривается, постепенно усыхает, растрескивается.

4. Суффозия, вызываемая движением подземных вод в водоносном слое. Подземные воды, выходя на поверхность склона, выносят с собой из водоносного слоя мелкие частицы водовмещающей горной породы и различные химически растворенные вещества.

Слайд 35

5. Гидродинамическое давление, создаваемое подземными водами близ выхода на поверхность склона. Особенно это проявляется при наличии гидравлической связи подземных вод с рекой. В этом случае в моменты половодий речные воды питают подземные, вследствие чего их уровень также поднимается.

6. Условия залегания горных пород, слагающих склон, или, иначе, структурные особенности. К ним относятся: а) падение пород в сторону реки или моря, особенно если среди них есть слои глин и водоносные горизонты на них; б) наличие тектонических и других трещин, падающих в том же направлении; в) значительная степень выветривания пород и др.

Слайд 36

КАРСТ

Под карстом следует понимать процесс выщелачивания растворимых трещиноватых горных пород движущимися подземными и поверхностными водами, которые вызывают образование специфических и разнообразных замкнутых впадин на поверхности земли, пещер и каналов в глубине. Слово «карст» происходит от названия известнякового плато Карста близ Триеста (на северном побережье Адриатического моря), где указанные явления наиболее типично развиты и раньше всего были изучены.

К числу растворимых пород относятся каменная соль, гипс, ангидрит, известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов. Наибольшей растворимостью обладает каменная соль (NaCl), меньшей – карбонатные породы, известняки и доломиты.

Слайд 37

В зависимости от состава растворимых пород различают соляной карст, гипсовый, карбонатный.

Как уже отмечалось, подземные воды всегда обогащены тем или иным количеством растворенных солей и газов. Следовательно, на горные породы воздействует не химически чистая вода, а сложный раствор с беспрерывно меняющейся концентрацией солей в нем.

Слайд 38

Нахождение же в природных водах различных солей и углекислоты существенным образом влияет на растворимость горных пород. Вода, насыщенная углекислотой, растворяет известняки и доломиты во много раз больше, чем химически чистая вода.

Слайд 39

Присутствие же в подземных водах NaCl повышает растворимость гипса в 2,5 – 3,5 раза (в зависимости от количества NaCl), а наличие сернокислого магния понижает растворимость его до нуля, и т.п.

Слайд 40

Поверхностные карстовые формы. Карры являются одной из форм карстового рельефа, развивающегося на поверхности растворимых горных пород. Они представляют собой углубления, напоминающие глубокие борозды, небольшие канавки, щели, дыры и т.п. глубиной от нескольких сантиметров до 1 и редко 2 м.

Вся эта совокупность углублений и называется каррами, а поверхность растворимых пород, покрытая каррами, – карровыми полями. Карры могут образоваться и в прибрежной зоне моря, особенно это относится к рифовым образованиям морских побережий.

Слайд 41

Поноры. Карстовые процессы не заканчиваются на образовании карров. Наоборот, карры можно рассматривать как элементарные, самые простые формы рельефа. Понорами называют вертикальные или наклонные отверстия, поглощающие поверхностную воду. Они развиваются в местах пересечения и развития крупных трещин, уходящих в глубь карстовых массивов и представляющих собой наиболее легкие пути циркуляции воды.

Слайд 42

Ниши. На выходах растворимых горных пород на крутых склонах часто наблюдаются различных размеров карстовые ниши. Они образуются при растворении пород атмосферными осадками (дождевыми и снеговыми водами), стекающими в большом количестве по обнаженному склону, и при процессах физического выветривания.

Слайд 43

Воронки имеют различную форму – они встречаются то в виде настоящих воронок с довольно крутыми склонами, то чаш или блюдец с пологими склонами и небольшой глубиной. Диаметр подавляющего большинства воронок изменяется от 1 до 50 м и лишь у некоторых достигает 100 м и более. Глубина их редко превышает 15 – 20 м. Часто на дне карстовых воронок наблюдаются покоры – отверстия, которые уводят собирающиеся в воронке поверхностные воды в глубину.

Слайд 44

Подземные карстовые формы. 1) закарстованные трещины, т.е. трещины, расширенные растворяющей деятельностью подземных вод;

2) карстовые пещеры и каналы. Наибольшее внимание исследователей привлекают пещеры – самые крупные подземные карстовые формы, отличающиеся рядом весьма своеобразных явлений. Они образуются вблизи верхней границы зоны полного насыщения, где подземные воды движутся по закарстованным трещинам и где создаются наиболее благоприятные условия для развития подземных пещер и каналов. Пещеры представляют собой систему горизонтальных или близких к горизонтальным каналов, то неправильно ветвящихся, соединенных узкими ходами, то неожиданно расходящихся и образующих огромные залы, или гроты, то переходящих в узкие, едва проходимые щели.

Слайд 45

Отложения в карстовых пещерах и полостях. Подземные воды не только разрушают горные породы, но образуют и новые отложения в карстовых пещерах, полостях и трещинах. Наиболее распространены хемогенные отложения, создающие в пещерах весьма своеобразные и необычайно эффектные натечные образования. Вода, просачивающаяся сверху и движущаяся по трещинам, в карбонатных породах обычно содержит много растворенного углекислого газа (СО₂), что значительно увеличивает ее растворяющую способность. Растворяя по пути своего движения известняки (в зоне аэрации), она насыщается углекислым кальцием в виде бикарбоната СаСО₃ + Н₂О + СО₂ ⇔ Са(НСО₃)₂. Когда же такая вода просачивается с потолка или стенок пещеры, она выделяет часть углекислоты, в результате нарушается указанное равновесие и реакция сдвигается влево. Бикарбонат переходит в карбонат кальция (CaCO₃)), который частично выпадает в осадок в момент, когда капли воды находятся еще на потолке пещеры. Так из капель просачивающейся воды с потолка пещер нарастают вниз натечные образования, называемые сталактитами. В ряде пещер можно наблюдать различные иногда изумительной красоты формь. сталактитов, то свисающих в виде тонких свечей или трубочек, то в виде красивых как бы кружевных занавесей и др.