Гидрогеология

 

Состав подземных вод и их классификации

Все химические элементы в зависимости от их содержания в подземных водах принято делить на 4 группы.

Группа

элементов

Название группы

Содержание

элементов, %

Примеры

элементов

I

Макрокомпоненты

более 10 - 2

Na, Ca, Mg, Cl, S, C

II

Микрокомпоненты

10 –2 - 10 - 6

Br, Sr, B, F, Li, As, Rb

III

Ультракомпоненты

менее 10 - 6

Ce, Au, Bi, Te, Cd, Se

IV

Радиоактивные элементы

-

U, Th, Ra, Rn

Макрокомпоненты включают преобладающие элементы и комплексные соединения. Они определяют химический тип воды.

Микрокомпоненты - химические элементы или их соединения, содержащиеся в подземных водах. Они оказывают значительное влияние на специфические особенности её состава и влияют на биологические процессы. Микрокомпоненты используются для выяснения условий формирования подземных вод, а так же могут являться поисковым критерием на рудные полезные ископаемые.

Радиоактивные элементы представляют собой неустойчивые изотопы, в результате чего происходит их непрерывный распад.

Макрокомпоненты составляют основу солёности воды, которая оценивается общей минерализацией – суммой ведущих солей, растворённых в воде. Общая минерализация подсчитывается либо по результатам химического анализа отдельных компонентов, либо путём выпаривания 1 литра воды. Получаемый осадок носит название сухого остатка. Общая минерализация измеряется обычно в г/л.

 

Классификация подземных вод по общей минерализации

Класс вод

Подкласс вод

Минерализация, г/л

Пресные

Ультрапресные

менее 0,2

Умеренно пресные

0,2 – 0,5

Собственно пресные

0,5 – 1,0

Солоноватые

Слабосолоноватые

1 – 3

Умеренно солоноватые

3 – 10

Солёные

Слабосолёные

10 – 30

Сильносолёные

30 – 50

Рассолы

Слабые

50 – 100

Крепкие

100 – 320

Сверхкрепкие

320 – 500

Предельно насыщенные

Более 500

Другой важный параметр воды – жёсткость, которая обусловлена суммой ионов кальция и магния. Различают общую, устранимую и постоянную жёсткость.

Общая жёсткость обусловлена общим содержанием в воде ионов Са и Мg.

Устранимая (временная) жёсткостьопределяется той частью названных ионов, которая выпадает в осадок при кипячении.

Постоянная жёсткость обусловлена содержанием в воде той части ионов Са и Мg, которая остаётся в воде после кипячения.

Классификация пресных подземных вод по общей жёсткости

Очень мягкие

до 1,5 мг-экв/л

Мягкие

1,5 – 3,0 мг-экв/л

Умеренно жёсткие

3,0 – 6,0 мг-экв/л

Жёсткие

6,0 – 9,0 мг-экв/л

Очень жёсткие

более 9,0 мг-экв/л

 

Ещё одной важной характеристикой подземных вод является ионно-солевой состав. Он определяется генетическим типом вод и характеризуется их химическим составом. Классификация В.А. Александрова основана на трёх главных признаках:

1. Преобладающие анионы

2. Биологически активные элементы

3. Физические свойства

По этим признакам все воды делятся на 6 групп:

- гидрокарбонатные

- хлоридные

- сульфатные

- комбинированные

- воды предыдущих 4-х групп, но содержащие значительное количество биологически активных микрокомпонентов

- воды предыдущих 5-ти групп, но содержащие значительное количество газов

Классификация природных вод по О.А. Алекину

 

Важной составляющей подземных вод являются газы. Наиболее расространёнными являются кислород, углекислый газ, сероводород, водород, метан, тяжёлые углеводороды, азот и благородные газы. Содержание газа в воде определяется газонасыщенностью. Способность газов к растворению в воде неодинакова и определяется коэффициентом растворимости.

Все подземные воды содержат растворённые органические вещества, среди которых доминируют вещества гумусового и нефтяного ряда.

Отбор проб производится в стерильную посуду. При опробовании скважин пробы отбирают после 2 – 3 смен объёмов воды.

 

Водородный показатель и понятие об окислительно-восстановительном потенциале

 

Водородный показатель (рН) характеризуется концентрацией ионов водорода в воде. Вода диссоциирует на ионы:

Н2О = Н+ + ОН-

Константа диссоциации (ионное произведение) К в равна

К в = (Н+) х (ОН-) = 10 –7 х 10 –7 = 10 –14

В нейтральной воде концентрации Н+ и ОН- одинаковы, следовательно, концентрация (Н+) =10 –7

Значение активности водорода показывается в виде отрицательного натурального логарифма т.е. рН = 7

По величине рН воды делятся на:

Тип воды

рН

Сильнокислые

менее 3

Кислые

3,0 – 5,0

Слабокислые

5,0 – 6,5

Нейтральные

6,5 – 7,5

Слабощелочные

7,5 – 8,5

Щелочные

8,5 – 10

Сильнощелочные

более 10

В питьевых водах рН должен быть в пределах 6,5 – 8,5

Окислительно-восстановительный потенциал (Еh) имеет большое значение для установления форм нахождения и условий миграции элементов. Окисление и восстановление связаны с изменением валентности, проявляемой элементом. Окисление связано с отдачей электронов, а восстановление с их присоединением. Величиной, определяющей направление, в котором протекает окислительно-восстановительный процесс, является химический потенциал. Активность электронов понимается в смысле вероятности появления новых электронов. Эта вероятность тем выше, чем сильнее восстановительные свойства раствора.

Принято считать, что потенциал газообразного водорода в стандартном состоянии равен нулю. Поскольку электрический потенциал в растворе измерить невозможно, ограничиваются измерением разности потенциалов. Для удобства в работе вместо водородного полуэлемента используют хлор-серебряный или хлор-таллиевый электрод. В качестве второго электрода используют электрод из благородного металла (золото, платина).

В природных водах окислительно-восстановительный потенциал определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов.