Гідрогеохімія (геохімія підземних вод): Навчальний посібник, страница 20

1.3.Термобаричні, кислотно-лужні та окислювально-відновлювальні показники підземних вод

Води підземної гідросфери мають дуже широкий діапазон температур – від негативних до дуже високих. За класифікацією Толстіхіна виділяютьчотири групи мінеральних вод:

I)  негативнотемпературні (від 0 до – 36 оС);

II)  позитивнотемпературні (від 0 до + 100 оС);

III) надгарячі або перегріті (від +100 до + 700 оС);

IV)гаряча пара (більше + 700 оС);

Температура вища за 1000 оС є характерною для магматичних вогнищ. Мінімальні негативні температури ґрунтових вод відомі на м. Нордвік у Антарктиді (- 14 оС), а максимальні позитивні (+ 360 оС) в районі оз. Солтон-Сі на глибині 2469 м (Каліфорнія, США).

В земній корі існує регіональне геотемпературне поле, яке відображає  як фізико-географічні особливості поверхні, так і закономірності геологічної будови регіону.

Пластовий тиск характеризує енергетичний стан підземних вод у пласті (горизонті) і залежить від величини гідростатичного напору, геостатичних і геотектонічних напруг в осадовому чохлі та інших факторів. Пластовий тиск є результатом як вертикальних так і горизонтальних сил, що визначаються співвідношенням гідростатичного тиску (тиску, що передається по пласту із суміжних ділянок водонапірної системи) і тиску, що обумовлений віджиманням води з порід – колекторів і глинистих водотривів під дією геостатичного навантаження і тектонічних рухів. Переважання гідростатичного тиску у пласті обумовлює водонапірний режим. При досить великих динамічних тисках, тобто при появах пружних якостей гірських порід, рідин, газів – формується пружно-водонапірний режим пласта.

В природі часто спостерігаються аномальні пластові тиски (АВПТ – аномально високі та АНПТ – аномально низькі). Вони, як правило, існують у ізольованих гідрогеологічних системах. Основними причинами АВПТ можуть бути: ущільнення глинистих порід, катагенетичні та метаморфічні перетворення порід, процеси тектогенезу, утворення газів і т. п.

Оскільки підземні води є складними природними розчинами, вони мають певні кислотно-лужні показники. При цьому їхні кислотні властивості визначаються дією іонів водню, а лужні – іонів гідроксилу. Звідки ступінь кислотності середовища може бути кількісно охарактеризований за концентрацією або активністю іонів Н+, а ступінь лужності – за концентрацією або активністю іонів ОН-. Кількісно ця активність виражається величиною рН, що представляє від’ємний логарифм концентрації (або активності) водневих іонів рН = - lg a H+.

Кислотно-лужні умови часто є основними при формуванні різних форм міграції елементів у підземних водах. Активність цих форм змінюється в залежності від рН середовища, що визначає положення рівноваги у реакціях електролітичної дисоціації, гідролізу, комплексоутворення і обумовлює взаємовідносини між процесами переходу елементів у підземні води та їхнім осадженням з цих вод.

Як хімічна сполука, вода дисоціює за схемою: Н2О ↔ Н+ + ОН-. Оскільки активності іонів приблизно дорівнюють їхнім концентраціям, а активність води наближається до одиниці, то звичайно використовують приблизний вираз для константи рівноваги KW = [H+] [OH-]. Цю константу називають іонним добутком води. При 22оС він дорівнює 1·10-14.

Якщо вода не вміщує інших іонів, то, виходячи з вимог електронейтральності, активності іонів H+ та OH- є рівними. Тоді при 22оС a H+= a ОН-= 10-7, тобто при цій температурі чиста вода має нейтральну реакцію. У цих умовах рН = ρОН = 7. Якщо a H+> a ОН- — розчин є кислим (рН<7), а якщо a H+< a ОН-—розчин лужний (рН>7).

Оскільки підземні води – багатокомпонентні системи, в них відбуваються різноманітні реакції, які є додатковим джерелом іонів H+ та OH-.

Дисоціація кислот і основ. Здатність кислот і основ до віддачі іонів H+ та OH- характеризується константами дисоціації. У зв’язку з цим за здатністю знижувати рН підземних вод кислоти розташовуються у такий ряд: HCl>H2SO4>H3AsO4>HF>H2CO3>H2S>H3BO3>H4SiO4. Аналогічно за здатністю підвищувати рН підземних вод основи розташовуються у наступний ряд: NaOH>LiOH>Ca(OH)2>Mg(OH)2>Fe(OH)2>NH4OH.