Гідрогеохімія (геохімія підземних вод): Навчальний посібник, страница 8

При рН<5 концентрація гідрокарбонатних іонів практично дорівнює нулю. У нейтральних і лужних водах переважають гідрокарбонатні іони. Карбонатні іони з’являються у водах при рН>7, а у сильно лужних водах вони стають домінуючими. Таким чином, за присутністю тієї або іншої форми вугільної кислоти можна судити про величину рН вод.

Гідрокарбонатні іони зустрічаються у всіх природних водах, окрім кислих. Вони, як правило, домінують у водах низької і досить часто – помірної мінералізації. Прісні води переважно відносяться до гідрокарбонатного класу. Накопичення у водах іонів НСО₃^- лімітується присутністю кальцію, що утворить із НСО₃^- слаборозчинну сіль. У природних водах при перевазі Са²⁺ високого вмісту іонів НСО₃^- не спостерігається. У ріках і озерах НСО₃ не перевищує значення 250 мг/дм³. У підземних водах при наявності великої кількості двоокису вуглецю (СО₂>300 мг/дм³) концентрація НСО₃^- значно підвищується.

Іони СО₃^2- зустрічаються у природних водах порівняно рідко. Через дуже низьку розчинність карбонатів кальцію та магнію вміст СО₃^2- рідко перевищує кілька міліграмів на літр. Однак у природі відомі води в яких вміст СО₃^2- і НСО₃^- виражається грамами і навіть десятками грамів на кілограм. Це так звані «содові води». В них карбонатні і гідрокарбонатні іони асоціюються з іонами натрію (причому кальцію та магнію у подібних водах мало). Міграція НСО₃^- у глибинних умовах різко погіршується через зменшення розчинності гідрокарбонатів кальцію та магнію при збільшенні температури. При 100° С розчинність цих солей падає до нуля.

Вважається загальновизнаним, що джерелом НСО₃^- і СО₃^2- слугують різні карбонатні породи (вапняки, доломіти, мергелі й ін.) і карбонатний цемент багатьох осадових порід.

Думки про походження СО₂ розходяться. Деякі дослідники вважають, що СО₂ надходить із повітря. Однак у повітрі утримується всього 0,03 % СО₂ за об’ємом. У дійсності ж карбонатна жорсткість природних вод може бути в кілька разів більшою, що відповідає високому вмісту вапна, розчиненого у воді. Одним із джерел двоокису вуглецю у підземних водах є атмосферне і підземне повітря. Внаслідок мікробіологічних процесів вміст СО₂ може збільшуватися у багато разів.

Іншим важливим джерелом СО₂ у підземній гідросфері є процеси метаморфізму у глибинних зонах літосфери звідки двоокис вуглецю по газогідродинамічно відкритих розломах мігрує до земної поверхні у загальному флюїдному потоці. Нижче зони вільного водообміну саме матаморфогенний СО₂ складає більшу частину цього газу.

Розглядаючи процеси міграції гідрокарбонатного і карбонатного іонів слід зазначити наступне: 1) рухливість у воді НСО₃^- та СО₂ різко гальмується на лужному бар’єрі; 2) вплив біохімічного бар'єру на поведінку гідрокарбонатного й карбонатного іонів визначається залежністю останніх від СО₂ - зсув карбонатної рівноваги в той або інший бік відповідно збільшує або зменшує вміст цих іонів; 3) схильність іонів НСО₃^- та СО₂ до утворення іонних пар зі збільшенням величини мінералізації розчину знижує концентрацію цих іонів; 4) обидва компоненти природних вод належать до числа іонів, що позитивно гідратуються і підвищують структурний тиск розчину. Внаслідок цього, так само як і сульфатний іон, вони найвільніше мігрують у поверхневих та приповерхніх водах. В той же час умови для знаходження цих іонів у глибоких водоносних горизонтах не є сприятливими.

В цілому необхідно підкреслити, що, подібно до хлору та сульфат-іону особливості водної міграції гідрокарбонатного і карбонатного іонів визначаються, головним чином, наявністю бар’єрів – розчинності та біохімічного.

Іони натрію за поширеністю серед катіонів стоять на першому місці. Всі солі елемента мають високу розчинність. Тому його міграційні можливості досить широкі. У цьому він поступається тільки іону хлору, тому що може вступати в обмінні реакції з поглиненим комплексом порід і таким чином виводитися з розчину.