Характеристика землетрясений

6)Химический  состав и физические  свойства подземных  вод

Физические  свойства подземных  вод

При изучении подземных грунтовых вод для различных целей определяют вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства, которые характеризуют так называемые органолептические свойства, т. е. свойства, определяемые при помощи органов чувств. Они обычно прозрачны, бесцветны, не имеют запаха. Вкус зависит от вида и содержания растворенных минеральных соединений и газов. Органолептические свойства могут резко ухудшаться при попадании естественным или искусственным путем различных примесей (минеральных взвешенных частиц, органических веществ, некоторых химических элементов).

Температура подземной  воды колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания  водоносного слоя, особенностей геологического строения, климатических условий  и т. д. Различают воды холодные (температура  от 0 до 20 °С), теплые, или субтермальные (20-37 °С), термальные (37-100 °С), перегретые (свыше 100 °С). Очень холодные циркулируют в зоне многолетней мерзлоты, в высокогорных районах; перегретые характерны для районов молодой вулканической деятельности (Камчатка, Исландия и др.).

На участках действующих водозаборов в основном распространены холодные с температурой от 5 до 20 °С.

С увеличением  глубины залегания температура  по закону геотермической ступени возрастает, достигая на глубине нескольких километров 100 °С и более.

Согласно ГОСТ, к физическим свойствам подземных  вод относятся также плотность, вязкость, электропроводность, радиоактивность и др.

Плотность воды - масса воды, находящаяся в единице ее объема. Максимальна при температуре 4 °С. При повышении температуры до 250 °С плотность воды уменьшается до 0,799 г/см³, а при увеличении количества растворенных в ней солей повышается до 1,400 г/см³. За счет пониженной плотности возможно конвективное, восходящее движение перегретых подземных вод.

Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц ее движению. С повышением температуры вязкость подземных вод уменьшается. Электропроводность подземных вод зависит от количества растворенных в них солей и выражается величинами удельных сопротивлений от 0,02 до 1,00 Ом • м. Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, газообразной эманации радия - радона и др.). Даже ничтожно малые концентрации - сотые и тысячные доли (мг/л) некоторых радиоактивных элементов - могут быть вредными для человека.

Подземная вода представляет собой сложный водный раствор, содержащий растворенные соли, газы (С0₂, Н₂8, СН₄ и др.), органические вещества и коллоиды. Количественные соотношения между отдельными компонентами обусловливают физические свойства и химический состав подземных вод.  

Ионно-солевой состав. Подземная вода не встречается в химически чистом виде. В ней обнаружено более 60 элементов периодической системы Менделеева. Основные компоненты (ионы), определяющие химический тип воды. Эти ионы составляют более 90% всех растворенных в воде солей. Железо, нитриты, нитраты, водород, бром, йод, фтор, бор, радиоактивные и другие элементы содержатся в воде в меньших количествах. Однако даже в небольших количествах они могут оказывать существенное влияние на оценку пригодности для различных целей.

Суммарное содержание растворенных в воде минеральных  веществ называют общей минерализацией. О ее величине судят по сухому или плотному остатку (в мг/л или г/л), который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105-110 °С. Между общей минерализацией подземных вод и их химическим составом существует определенная зависимость. 

Химический  состав   

  Подземные воды всегда содержат в том или ином количестве растворенные газы и соли. Образуясь за счет атмосферных осадков, они заносят с поверхности земли растворенные в них кислород, азот и углекислоту. Проходя через почву и горные породы, содержащие разрушающееся органическое вещество, подземные воды могут обогатиться сероводородом, метаном и другими углеводородами. 

    Циркулируя в порах и трещинах горных пород, они растворяют минералы, их составляющие, и обогащаются за их счет различными сравнительно легко растворимыми солями — карбонатами, сульфатами, хлоридами, а также значительно труднее растворимыми веществами — кремнеземом, окисным железом и др. 
     По степени и характеру минерализации, т. е. по количеству растворенных веществ и их составу, подземные воды весьма различны. Грунтовые и сравнительно неглубоко залегающие межпластовые воды тесно связаны с климатом. Для областей с влажным климатом характерны слабоминерализованные или пресные воды. Среди растворенных солей в них преобладают карбонаты кальция и отчасти магния. Для областей с засушливым климатом характерны более минерализованные, солоноватые, а иногда и соленые воды, в которых наряду с карбонатами содержатся сульфаты натрия, калия и кальция, а также хлористые соли (главным образом поваренная). 
     Это объясняется тем, что в странах с влажным климатом в водоносные горизонты поступает много пресной воды из атмосферы и образуется много источников. Воды, содержащиеся в водоносных слоях, сравнительно быстро заменяются новыми, вынося из горных пород все легко растворимые соли. В то же время они обогащаются карбонатами, легко растворяя их в горных породах благодаря большому количеству углекислоты, содержащейся в инфильтрующихся дождевых водах. 
     В засушливых областях в водоносные слои поступает мало воды, обновление ее запасов происходит медленно и она не так интенсивно выносит из горных пород растворимые соли. Наоборот, эти соли постепенно концентрируются в воде. При этом растворение в воде одних солей или газов часто способствует или препятствует растворению других. Так, хлористый натр повышает растворимость гипса в 4 раза, углекислый газ повышает растворимость извести в 3 раза; МgSО4 понижает растворимость СаSO4 до нуля. 
     Медленным возобновлением запасов Или даже почти полной-застойностью отличаются глубокие пластовые и трещинные воды, почти не имеющие выхода на земную поверхность. Поэтому они, как правило, везде сильно минерализованы, независимо от климата. Иногда это даже настоящие концентрированные рассолы, пригодные для промышленного выпаривания солей (поваренной и калийных) и извлечения из них таких ценных элементов, как, например, йод и бром. 
     Москва находится в средней части обширного артезианского бассейна, верхние водоносные горизонты которого дают обильные пресные воды, пригодные для питьевых целей и использования в паровых котлах и т. п. Но глубже 350—400 м начинаются водоносные горизонты с минерализованными водами, к которым относится, в частности, добываемая скважинами минеральная вода «Московская». Еще глубже располагаются рассолы, из которых с успехом можно выпарить поваренную соль. 
     Характер минерализации подземных вод, конечно, не всегда одинаков и зависит во многом от состава пород, по которым эти воды циркулируют. Часто образуется такой состав растворенных веществ, что воды становятся лечебными и в местах выходов источников создаются курорты. Такие воды и принято называть лечебными, или бальнеологическими, минеральными водами. 
     Лечебные минеральные воды встречаются в самых разнообразных странах: с равнинным и горным рельефом, с жарким и холодным климатом. Но больше всего их в горных областях, изобилующих молодыми тектоническими разломами, так как именно по этим разломам чаще всего поднимаются источники глубинных напорных минерализованных вод. Очень часто в таких странах имеются и сравнительно неглубоко залегающие подземные очаги раскаленной магмы, питающие или питавшие в геологическом прошлом вулканы и родственные им образования. Выделяющаяся из подобных очагов угольная кислота иногда настолько насыщает глубинные минеральные воды, что сама создает давление, способствующее их выходу на поверхность; выделяясь, бурно из воды, она заставляет ее как бы кипеть. Так возникают источники углекислых вод.