Учение о миграции компонентов в подземных водах

Лекция    УЧЕНИЕ О МИГРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

1 Основные положения теории миграции химических элементов в подземных водах.

2 Факторы гидрогеохимической миграции.

3 Миграционные формы химических элементов в подземных водах.

4 Геохимические обстановки гидрогеохимической миграции. Геохимические барьеры.

1 Основные положения теории миграции химических элементов в подземных водах

Понятие о миграции как о перемещении нам знакомо. Учение о миграции – одна из основных проблем геохимии. Геохимики рассматривают миграцию как распространение химических элементов в пространстве и во времени. А.Е. Ферсман (1923 г.) ввел понятие геохимической миграции для обозначения процессов перемещения химических элементов в земной коре, которое ведет к изменению их содержания (рассеянию или концентрации). В дальнейшем это учение было развито А.И. Перельманом.

Гидрогеологами миграция подземных вод рассматривается перенос вещества и тепла в подземных водах (массо- и теплоперенос), обусловливающий подвижность компонентов подземных вод   и определяющий их состав и свойства (Гидрогеология под ред. Шестакова, Орлова, с. 237).  По определению, данному В.М. Шестаковым (1979), под миграцией подземных вод следует понимать процессы перемещения компонентов подземных вод в порах и трещинах горных пород с учетом физико-химических изменений, происходящих при смешении подземных вод и их взаимодействий с горными породами [4].

И в одном и в другом случае миграция характеризует химический элемент или  вещество в состоянии его подвижности и способности переходить из одного структурного и энергетического состояния в другое, участия в сложных и многообразных процессах и реакциях.

В чем же состоит особенность гидрогеохимической миграции. Во-первых, следует вспомнить слова М.В. Ломоносова о том, что  «тела не действуют, пока не растворены». Поэтому основной путь миграции – это водный. По определению К.Е. Питьевой подземная вода как раствор является подвижной равновесной физико-химической системой, представленной растворителем и растворенными веществами. И подземные воды с вмещающими их породами образуют миграционные системы «подземная вода-газ-органическое вещество-вмещающая порода». Отсюда миграция в гидрогеохимии – это пространственно-временное перемещение компонентов в системах, образуемых подземными водами с различными средами (имеются в виду вмещающие породы), протекающее под воздействием свойств компонентов и сред и приводящее к качественным изменениям состава вод. При гидрогеохимической миграции речь идет не о движении всей массы воды (это процессы фильтрации), а о взаимном перемещении и трансформации отдельных компонентов подземных вод, приводящим к изменению их содержания. Миграция включает процессы переноса вещества и физико-химические процессы его трансформации (изменения). Эти процессы и формируют химический состав подземных вод, постоянно изменяющийся во времени и в пространстве. В настоящее время наблюдается так называемый “конечный” состав подземных вод, являющийся результатом многочисленных преобразований подземных вод, начиная с момента их формирования. Теперь нам станет понятно выражение  древнегреческого философа: «нельзя дважды войти в одну и ту же воду».

Что является движущей силой миграции? Перемещение вещества в подземных водах связано со стремлением природных систем к энергетическому равновесию и направлено в сторону образования веществ с наименьшим запасом свободной энергии. Известно, что самопроизвольно протекают процессы, сопровождающиеся уменьшением свободной энергии (ΔG<0)

Значение гидрогеохимической миграции: ?

1 Как известно, процессы геохимической миграции в недрах Земли при высоких температурах и давлениях приводят к выплавлению и дифференциации вещества (и в геологической истории привели к образованию оболочек Земли). То в результате водной миграции происходит концентрация и рассеяние элемен­тов. Это одна из теоретических ос­нов науки о рудных месторождениях (при геохимических поисках полезных ископае­мых).

Мощный процесс водной миграции происходит при осадконакоплении (при низких температурах, в аэробных или анаэробных условиях) – приводит к образованию осадочных горных пород.

2 Изучение миграции имеет важное значение и в изучении загрязнения подземных вод при захоронении в недрах токсичных промышленных отходов, или при складировании отходов на поверхности земли (техногенная миграция химических элементов в подземных водах). Сейчас это самый важный вопрос в формировании ресурсов подземных вод хозяйственно-питьевого назначения – вопрос кондиционности воды.

2 Факторы гидрогеохимической миграции

Миграция происходит под влиянием большого числа факторов, нередко противоречи­вых и носящих случайный характер. Попадая в подземную воду, элементы ведут себя по-разному, в зависимости от физических и химических свойств, т.е. от способности вступать в соединения с другими элементами, и от свойств окружающей и вмещающей обстановок. Элементы могут длительное время переноситься водами, накапливаться в них, удаляться из них, рассеиваться в водах и т.д. Распределение химических элементов в подземных водах зависит (по А.Е. Ферсману) от внутренних и внешних факторов миграции. Соотношение между факторами сложное. Внешние факторы, как правило, лимитируют подвижность различных состояний (форм) элементов в конкретных гидрогеологических условиях, определяют, будет ли проявляться в данной обстановке то или иное свойство элемента.