Гидролиз – реакция ионного обмена между минералом и водой. Основывается гидролиз на явление диссоциации молекул воды на ионы(H2O = H++OH-) При этом ионы водорода, проникая в решетку минерала, вытесняют катионы подвиж. элементов, а сами связываются с образующим при этом вторичными продуктами.
H2O + NaAlSi3O8 -> HAlSihOm + Na++OH- (Глинистый минерал)
Образование вторичной фазы минерала является основополагающим в выделении геохимических типов воды.
К вторичным минералам относят: коалинит, монтморилонит, гидрослюда.
Химические типы воды выделяются по соотношению ионов в растворе (формула Курлова).
Схема обработки гидрогеохимических данных и получение средних значений, характеризующих состав вод отдельных районов, регионов, ландшафтных зон выглядит следующим образом:
Среднее из отдельных анализов подземных вод одного типа водовмещающих пород -> среднее для района -> среднее для ландшафтных зон -> среднее для гидрогеологической провинции -> среднее для подземных вод зоны гипергенеза.
Состав подземных вод.
Природная вода – это сложный водный раствор. (В.И.Вернадский)
1. Макрокомпоненты
2. Микрокомпоненты
3. Газы
4. Органические вещества
5. Микроорганизмы
Большое значение имеют изотопы воды.
В настоящие время в подземных водах различными методами анализов выделяют более 85 видов хим. элементов.
Неорганические (минеральные) вещества
Si и Al – глинистые минералы.
По концентрации элементов в воде выделяются:
| Название | Содержание в % | Типичные элементы |
| Макрокомпоненты | >10-2 | Na, Ca, Cl, S, C |
| Микрокомпоненты | 10-2 – 10-6 | Br, Ba, B, Sr |
| Ультрамикрокомпонеты | <10-6 | Au, As, Hg, U, Th, Ra, Rn, Hg |
Макрокомпоненты определяют тип воды, ее Минерализацию.
Ca, Mg, K, Fe, Na – катионные компоненты
Cl, S, C, Si – анионогенные компоненты
Микрокомпоненты
Содержаться в незначительных кол-ах [Мг/л, доли/л]
Если их концентрация достигает размера макрокомпонентов, то они входят в формулу химического состава воды и определяют химический тип воды.
Микрокомпоненты, определяемые ГОСТом «Вода питьевая»: Fe, Mn, Cu, Zn, Al, Pb, Be, Mo, As, Se, Sr, F.
Для лечебно-минеральных вод определяют биологически активные микрокомпоненты: Fe, Br, I, B, F, As, S.
Для промышленных вод, наиболее активно извлекаются: I, B, Br, Li, Sr, Rb.
При поисках месторождений полезных ископаемых: As, B, Au, Ag, Cu, F, Fe, Hg, li, Mo, Ni, Pb, Se, Sn, Ti, Zn, U, Ra.
Органические соединения:
Компонентами являются представители всех химических групп, а именно углеводы, белки, липиды и классов: карбоновой кислоты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, амины и эфиры.
Методы определения органического вещества.
1. Фракционирования и концентрирования
2. Метод газовой хромотографии
3. Спектроскопия
Большое значение имеют гумусовые вещества: гиминовые кислоты и фуливые кислоты (OH, OCH3…) их роль велика при комплексообразовании.
Основные источники поступления органического вещества являются: горные породы, почвы, нефтяные залежи. Часть из них поступает в воду в готовом виде, это в основном химически, биологически стойкие гумусовые вещества фенолы. Другая часть является продуктом сложных физико-химических и биохимических превращений.
Органические соединения играют существенную роль при переводе вещества из породы в водный раствор, а также в изменении миграционной способности химических элементов, что в конечном итоге проявляется в формировании химического состава подземных вод.
Микроорганизмы:
1. Микроскопические, одно- и многоклеточные
2. Растения(водоросли, бактерии, дрожжи и плесени)
Размер от долей до сотен мкм.
Бактерии питаются:
- органическими соединениями(жиры, углеводы, протеины, хитин…)
- минеральными веществами
- газы
- вода
- энергия (в процессе биологического окисления)
Бактерии:
1. Аэробные
2. Анаэробные
(Кислородные, без кислородные)
1. Автотрофные
2. Гетеротрофные
(По характеру питания)
Автотрофы - используют энергию фото и хемосинтеза, при этом углерод необходимый для построения клеток они берут из углекислоты, а водород из газообразного H2, H2O, H2S.
Наибольшее значение имеют хемоавтотрофы.
Пример деятельности: восстановление шести валентной серы в двух валентную.
В подземных водах развиты гетеротрофы, большинство бактерий развиваются при pH от 6 до 7,5. Но есть бактерии которые существуют при различном pH.
В зоне Гипергенеза интенсивно развиваются гнилостные, сапрофитные, фенолы окисляющие, денитрифицирующие, клетчатковые и метанобразующие бактерии.
Слабо развиваются водород окисляющие, метанокисляющие.
Общие число бактерий различаются от нескольких тыс. до млн. на 1 мл.
Угнетающие влияние на рост бактерий оказывает следующие катионы: серебро, ртуть, медь,цинк.
Главная роль микроорганизма изменение газово-химического состава вод.
Газовый состав подземных вод
Газы:
1. Сорбированные
2. Растворенные
3. Свободные
Между свободными и растворенными газами существует динамическое равновесие, которое нарушается при воздействие температуры и давления.
Основные газы подземных вод: O2, N2, CO2, H2S, H2,NH3, He, Rn, Ar, Me, Xe.
По происхождению:
1. Воздушные (N2, O2, CO2, Ne, Ar) проникают в атмосферу из атмосферного воздуха.
2. Биохимические (CH4, CO2, H2, H2S, H2, O2, тяжелые углеводороды) образуются при разложении микроорганизмами органических и минеральных веществ.
3. Химические (CH4, CO2, H2, H2S, CO3, N2, HCl, HF, SO2, NH3) образуется в результате взаимодействие воды и породы при нормальном и высоком давление и температуре.
4. Р/а продукты ядерных реакций (He, Rn)
Концентрация газов в подземных водах обусловлена газонасыщенностью - это кол-во газа растворенного в одном объеме воды.
Выражается:
1. В весовых единицах – число граммов или мг газа, растворенного в 1 л воды
2. В объемных единицах – число мл газа в 1 л воды (мл/л, см2/л) или число м3 на м3 воды.
Давление насыщения (упругость газа) – давление которое удерживает газ в водорастворенном состояние выражается в мПа (1атм = 0,10132 мПа).
Коэффициент растворимости газа – кол-во газа, насыщающего единицу объема жидкости при тех же условиях, на пересчитанное к давлению газа над жидкостью, равному 0,1 мПа.
Коэффициент насыщения подземных вод газами представляет собой отношение давления газа к гидростатическому давлению воды(P2/Pb). При давление газа более гидростатического давления(P2/Pb>1) газ выделяется в свободную фазу.