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 K_W = [H⁺] [OH^-]. Цю константу називають іонним добутком води. При 22^оС 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 22^оС 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.