Состав подземных вод

Химический состав подземных вод формируется в особых условиях. При тесном контакте воды с разнообразными породами и минералами на протяжении длительного времени (от десятков до млн. лет) в зависимости от глубины залежей водоносных горизонтов происходит насыщение воды минеральными компонентами и микроэлементами. На больших глубинах взаимодействие воды с породами происходит при давлении в сотни тысяч атмосфер и часто при высоких (около 100 ⁰С) температурах, что способствует, наряду с насыщением воды минеральными компонентами, также значительному увеличению содержания растворённых газов, в основном таких как CO₂, H₂S и CH₄.

Наличие малопроницаемых водоподпорных слоев пород, которые разъединяют отдельные водоносные горизонты, создаёт условия для образования достаточно разнообразных и инертных по химическому составу вод. Поэтому среди подземных вод встречаются все классы и группы – от пресных вод до рассолов с широким интервалом соотношения главных ионов.

Затруднительная связь подземных вод с атмосферой и поверхностью земли приводит к уменьшению до нуля содержания в водах растворённого кислорода, особенно по мере увеличения глубины водоносного горизонта.

Отсутствие солнечного освещения в подземных водах не даёт возможности развиваться в них фотосинтезирующим водным растениям и обогащать воду органическими веществами. Однако в таких условиях в водах развиваются многочисленные анаэробные микроорганизмы, жизнедеятельность которых расширяется на большие глубины. Поэтому тяжело дать однозначный ответ на вопрос о закономерности смены содержания органических веществ и продуктов их разложения в подземных водах.

Отдельного рассмотрения требуют лечебные и минеральные воды для питья, которые благодаря особенностям их химического состава оказывают заметное физиологическое влияние на человеческий организм. Поэтому анализ таких вод является очень ответственным заданием. Геологи относят минеральные воды к отдельным видам природных подземных вод, в которых при определённых гидрогеологических условиях хорошо растворяются различные минеральные соли (NaCl, Na₂SO₄, и т.д.) и газирующие соединения, например, CO₂, H₂S и др.

Основные химические критерии классификации минеральных вод следующие:

• Общая минерализация (2 – 5 г/л – воды слабой минерализации, 5 – 10 г/л – средней, 15 – 35 г/л – высокой, 35 – 150 г/л – воды рассольные, > 150 г/л – сильнорассольные);

• Содержание СО₂ (0,5 – 1,4 г/л – воды слабоуглекислые, 1,4 – 2,5 мг/л – углекислые, > 2,5 мг/л – сильно углекислые «газирующие», которые спонтанно выделяют СО₂;

• Содержание H₂S общ. (10 – 50 мг/л – воды слабосульфидные, 50 - 100 мг/л – сульфидные средней концентрации, 100 – 250 мг/л – сильно-сульфидные, > 250 мг/л – очень сильно-сульфидные, которые при рН < 6,5 называют сероводородными, а при рН = 6,5 – 7,5 – сероводородно-сульфидными и при рН > 7,5 гидросульфидными);

• Содержание As (0,7 – 5,0 мг/л – воды арсенистые, 5,0 – 10 мг/л – сильно арсенистые, > 10 мг/л – очень сильноарсенистые);

• Содержание Fe (II, III) (20 – 40 мг/л – воды железистые, 40 – 100 мг/л – сильножелезистые, > 100 мг/л – очень сильножелезистые);

• Содержание Br (≥ 25 мг/л – воды бромные);

• Содержание J (≥ 5 мг/л – воды йодные);

• Содержание силикатов (≥ 50 мг/л – воды силицистые);

• Содержание Rn (200 – 1600 БК/л – воды слаборадоновые, 1600 – 8000 БК/л – радоновые средней концентрации, > 8000 БК/л – высокорадоновые);

• рН воды (3 – 3,5 – воды сильнокислые, 3,5 – 5,5 – кислые, 5,5 – 6,8 слабокислые, 6,8 – 7,2 – нейтральные, 7,2 – 8,5 – слабощелочные, > 8,5 – щелочные);

• температура (≤ 20 ⁰С – воды холодные, 20 – 35 ⁰С – теплые, слаботермальные, 35 – 42 ⁰С – горячие, термальные, > 42 ⁰С – очень горячие, высокотермальные).

Важной составной частью минеральных вод являются микроэлементы, наличие которых в воде влияет на основные функции живого организма – на рост, развитие, размножение, длительность жизни, кровообразование, процессы обмена веществ. Таким образом, они выявляют высокую биологическую активность. Установлено, например, участие элементов 4-го периода периодической системы Д.И. Менделеева в процессе кровообразования, при этом их активность изменяется в такой последовательности:

Ti < V < Cr < Mn, Fe, Co, Ni, Cu > Zn > Ga > Ge > As, т.е. наиболее активными в этом процессе являются элементы середины периода.

Содержание микроэлементов в минеральных водах колеблется в широких пределах. Например, в разнообразных минеральных водах Закарпатья установлены следующие концентрации некоторых микроэлементов (мг/л):

Li (0,1 – 20), Mn (0,04 - 4), Fe (0,05 - 40), Co (2 × 10^-4 – 2 × 10^-4), Ni (0 – 0,3), Cu (5 × 10^-3 – 5,0), Zn (0 - 5), B (0,02 - 600), Al (0,01 – 7,0), F – (0,01 – 5,0), Br (0 - 50), J (0 – 3).

В то же время данных о содержании органических соединений в минеральных водах мало, несмотря на то, что такие соединения, без сомнения, играют не менее важную физиологическую роль, чем микроэлементы. Можно заметить, например, что одним из основных физиологичнодействующих факторов всемирно известной минеральной воды «Трускавецкая» являются нелетучие карбонильные и азотсодержащие органические соединения, которые содержатся в этой воде в микроконцентрациях.

Большое значение имеют также радиоактивные минеральные воды – радоновые, радиевые, радоново-радиевые и урановые.

Несмотря на то, что химический состав подземных вод является довольно стабильным, тем не менее, при их анализе, особенно при определении микроэлементов и органических соединений, возникают трудности, которые обусловлены как влиянием матрицы (большой концентрации главных ионов), так и взаимным влиянием многих определяющих микроэлементов.