Гідрогеохімія (геохімія підземних вод): Навчальний посібник, страница 19

В залежності від геохімічних умов формування в підземних водах існують різні парагенетичні асоціації газів. Для підземних вод нафтогазоносних структур: СН₄ (>50 об %), важкі ВВ, H₂S, СО₂, N₂. Для підземних вод областей тектоно-магматичної активізації: СО₂, N₂, H₂S, СН₄ за великих кількостей двоокису вуглецю (>90 об %). Для підземних тріщино-жильних вод зон тектонічної активізації: СН₄, N₂, О₂, Не (та ін. рідкісні гази).

Мікрофлора. У підземних водах в межах біосфери широко розповсюдженими є різні мікроорганізми, серед яких вирізняють аеробні та анаеробні бактерії. Перші розвиваються за наявністю вільного кисню, а другі існують за його відсутності або обмеженого доступу.

Глибокі підземні води характеризуються розвитком бактерій, що активно приймають участь у окислювально-відновлювальних реакціях (сульфатредукуючі, метаноутворюючі, діференцюючі та інші). Мінералізація води і її хімічний склад практично мало впливають на життєдіяльність мікрофлори.

Ізотопний склад. Розрізняють стабільні і радіоактивні ізотопи хімічних елементів як самої води (Н і О), так і макро- та мікроелементів, що знаходяться в ній. Найбільш широко вивчено природні стабільні ізотопи водню (дейтерій - ²Н), кисню (¹⁸О), вуглецю (¹²С, ¹³С), сірки (³²S, ³⁴S), а також космогенні ізотопи водню (тритій - ³Н), вуглецю (¹⁴С) і радіогенні ізотопи уран-торієвих рядів (²³⁸U, ²³⁴U, ²³²Th, ²³⁶Ra). Для вирішення деяких гідрогеологічних задач використовуються радіоактивні ізотопи – індикатори (¹³¹J, ³⁵S, ⁵¹Cr, ⁵⁹Fe та ін.).

Основними процесами, при яких відбувається фракціонування ізотопів Н і О є випарювання та конденсація. При випарюванні найбільш легкі ізотопи – протій ¹Н та ¹⁶О відходять з водного розчину, який при цьому збагачується дейтерієм ²Н (D) та ¹⁸О. Постійним вмістом дейтерію характеризуються води морів та океанів (зміни в межах 2 %), у зв’язку з чим морська вода приймається за еталон (SMOW).

Радіоактивні ізотопи мають космогенне та радіоактивне походження. Серед перших інтерес для гідрогеохімії мають наступні (у дужках – період їхнього напіврозпаду):³H (12,43 років), ⁷Be (53 дня), ¹⁰Be (2,7 10^-6 років), ¹⁴C(5730 років), ²²Na(2,6 років), ²⁴Ne(15 год.), ²⁶Al (7,4 10⁵ днів), ²⁸Mg(21,3 год), ³²Si(100 років), ³³P(25 днів), ³⁵S(87,1 днів), ³⁶Cl(3,1 10⁵ років), ³⁷Ar(35 днів), ³⁹Ar(270 років), ⁵³Mn(2 10⁶ років). Активність ізотопів (радіонуклідів) у природних водах вимірюють у бекерелях (Бк), а концентрацію тритію – тритієвих еквівалентах (ТЕ). 1ТЕ відповідає вмісту одного атома тритію на 10¹⁸ атомів протію. Вміст радіо вуглецю (¹³С) виражають у процентах (або у проміле) від стандарту сучасного¹⁴C, яким є щавлева кислота.

Більшість (70 %) космогенних ізотопів утворюються у верхніх шарах атмосфери і близько 30 % - у тропосфері в результаті ядерних реакцій.

Широкого застосування у гідрогеології набули тритій та радіо вуглець.

Радіоактивні ізотопи використовуються для визначення віку підземних вод, оскільки радіоактивність води з часом зменшується. Слід зазначити, що вік води – умовне поняття. Під ним звичайно розуміють проміжок часу між початком формування води у гірській породі і моментом спостережень.

Радіоактивні ізотопи радіогенного походження вивчені меншою мірою у порівнянні зі стабільними та космогенними. Відомо більше 20 довгоживучих (період напіврозпаду n 10^8-17 років) радіоактивних ізотопів радіогенного походження . проте практичне застосування знайшли лише ⁴⁰K, ⁸⁷Rb, ²³²Th, ²³⁴U, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra, та деякі інші.

Співвідношення ²³⁴U/²³⁸U використовують для виявлення генезису вод розломів та у якості передвісника землетрусів. Ізотопи ²²⁴Ra, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra є недійсним маркером підземних вод при зясуванні областей живлення останніх, штучному збільшенні запасів підземних вод і т. ін.. Ізотопи ³Не та ⁴Не використовуються для визначення генезису вод. в якості радіоізотопних індикаторів (поміток) використовуються: ³⁵S, ¹³¹Y, ³⁶Cl, ²²Ne, ³²P, ⁷Be, ¹³⁴Cs, ¹³³Ba, ¹⁴C, ⁸⁷Sr, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁴Ce, ²⁴Na, ⁵¹Cr, ⁸²Cr, ⁶⁰Co, ²³²U.

У зв’язку х охороною довкілля радіонукліди вивчаються у різних за походженням і типом природних водах.