Хімічні елементи в підземних водах

Через великого розмаїття хімічних елементів, що містяться в підземних водах, до теперішнього часу відомі тільки межі змісту окремих елементів і їх суми, які, зазвичай і використовують при характеристиці складу підземної гідросфери.

Як і в гірських породах, в підземних водах є випадки аномальної концентрації окремих, або ряду хімічних елементів, що утворюють родовища, їх формування зумовлене специфічними ситуаціями.

Специфіка того, чи іншого об`єкта земної кори може бути виявлена шляхом вивчення кларкового вмісту хімічних елементів, які, на жаль для підземних вод до сих пір не встановлені.

С.Л. Шварц на підставі понад 25 тис. Хімічних аналізів розрахував середній вміст 50 хімічних елементів в підземних водах основних ландшафтних зон земної кулі, окремих гідрогеологічних провінцій і зони гіпергенезу в цілому.

Виявилося, що найбільш прісними є води зони вічної мерзлоти. Вони характеризуються гідрокарбонатних магнієво-кальцієвих складом із загальною мінералізацією 0.16 г / дм³. Вельми прісні гідрокарбонатні натрієво-магнієво-кальцієві води з мінералізацією 0.18 г / дм³ формуються в умовах тропічних і субтропічних областей.

Відео: У підземних водах Москви знайшли майже всю таблицю Менделєєва

Наступними за збільшення мінералізації є області гірських масивів, де формуються прісні гідрокарбонатні магнієво-кальцієві води з мінералізацією 0,2 г / дм³.

Найбільш мінералізовані серед вод вилуговування є підземні води областей помірного клімату на платформах, щитах, древніх складчастих спорудах. Невеликий водообмін призводить тут до формування близьких до нейтральних гідрокарбонатних натрієво-кальцієвих вод із загальною мнералізаціей порядку 0.33 г / дм³.

Грунтові води континентального засолонення - солонуваті, слабощелочние, гілрокарбонатно-хлоридно-сульфатні і магнієво-кальцієво-натрієві (з мінералізацією близько 1.27 г / дм³).

У підземній гідросфері концентруються елементи не схильні до утворення стійкої кристалічної решітки при пластових температурах, має великий іонний радіус (хлор, бром, калій і т.п.), або - малий (сірка, вуглець, азот і ін.), Але здатних до утворення складних кисневих з`єднань з великим радіусом (SO₄², CO₃², NO₃^- та ін.). Це одна з найважливіших відмінностей між хімічним складом гідросфери і літосфери.

Серед елементів, що утворюють в гідросфері найбільші концентрації переважають літофільні (натрій, магній, хлор, калій, стронцій, барій), або халькофільних з 8- і 18- електронною будовою (сірка, бром, йод, ртуть, германій). Інертні гази, наприклад, характеризуються найбільш низькими концентраціями.

Газовий склад. Основними газами підземних вод є: O₂, N₂, CO₂, H₂S, CH₄, H₂, NH₃, He, Rn, Ne, Ar, Xe, Kr. Їх зміст залежить від коефіцієнта розчинності кожного з газів, температури, тиску, мінералізації. Найменша розчинність - у гелію, а найбільша - у H₂S. З ростом температури - розчинність газів спочатку знижується, але при подальшому її підвищенні - збільшується.

Відео: Хімія 60. Найважчий елемент - Академія цікавих наук

У більшості випадків за вагою переважають один-два, рідше - три газу. У геохімічному відношенні найбільш важливі O₂, CO₂ і H₂S.

Кисень міститься в підземних водах зазвичай 15 - 20 мг / дм³. З глибиною його концентрація зазвичай знижується, оскільки він витрачається на окислення мінеральних, органічних і газових компонент води і на освіту складних кисневмісних іонів.

Вуглекислота входить з водою і її хімічними компонентами в ряд хімічних сполук. У тому числі вона бере участь в карбонатному рівновазі: H₂Про - CO₃²НСО₃^-. зміст CO₂ в глибоких підземних водах сягає 20 г / дм³ и більше.

Сірководень входить в рівновагу H₂S - SO₄² - HS^-. Він - активний відновник. зміст H₂S в водах сягає 2 г / дм³, іноді більш.

Азот поширений практично в усіх типах підземних вод. Міститься в кількості десятків - сотень мг / л, досягаючи 1200 мг / л.

Вуглеводневі гази. Найбільш вивчені граничні вуглеводні - метан, етан, бутан, пропан. Їх максимальний вміст досягає 13 000 мг / дм3 в водах нафтогазових родовищ. Кількісно переважає метан.

Водень поширений в підземних водах. Його зміст становить від одиниць до десятків (рідше - сотень) мг / дм3.

Гелій привертає увагу як показник активності глибинних розломів, провісник землетрусів та інших глибинних процесів.

Ізотопи водню і кисню. Ізотопний склад оцінюється стабільними ізотопами водню (проти і дейтерій) і кисню (О¹⁶, Про¹⁷, Про¹⁸), Їх поширеність різна. Зустрічаються короткоживучі радіоізотопи. Для водню це тритій (Н³) З періодом напіврозпаду 12 - 26 років) і вельми нестійкий Н⁴. Зустрічаються 4 короткоживучих ізотопу кисню з періодами напіврозпаду Про¹⁴ - 74- Про¹⁹ - 29- Про²⁰ - менше 10 хв. При гідрогеологічних дослідженнях використовуються в основному ізотопний склад водню і кисню.

концентрація H² і Про¹⁸ контролюється рівновагою рідини і водяної пари. Сталість ізотопного складу підтримується кругообігом води в природі. Найбільш однорідний і стійкий ізотопний склад властивий океанічній воді. Вона є акумулятором дейтерію і важкого водню.

Відео: Таблиця Менделєєва, радіоактивні елементи, матерія стійка, всесвіти, умови (Левашов Н.В.)

Як еталон для оцінки концентрації H² і Про¹⁸ використовується стандарт океанічної води (SMOW), він відповідає абсолютному змістом 0.0158 ат. % Дейтерію і 0.1985 ат. - важкого кисню. Концентрація дейтерію і важкого кисню вимірюється як відхилення від стандарту, що прирівнюється до нуля і виражається в permil- (проміле)

Органічні речовини. Їх вивчення пов`язане, в основному, з пошуками нафти. Серед речовин, для яких затверджені гранично допустимі концентрації (ГДК) - більше 90% це органічні сполуки, в тому числі забруднювачами є нафтові вуглеводні і пестициди.

Джерело надходження цих забруднювачів в підземні води - атмосферні опади і змив поверхневими водами з суші. Вони зустрічаються в грунті, мулі, мулових водах, порових розчинах, поблизу покладів нафти і газу.

Кількісно органічна речовина в підземних водах виражається вмістом вуглецю (С _орг) Або кисню різних видів окисляемости. Якісний склад органічної речовини вельми складний. Органічні речовини дуже рухливі, активні і мінливі.

Мікрофлора і її геохімічна роль. В.І. Вернадський називав її «живою речовиною». Вона являє собою дрібні рослинні організми - найпростіші, водорості, бактерії, дріжджі, цвілі. Відомо близько 150 тис. Їх різних видів. Бактеріальні організми мають розмір від десятих часток до декількох мікрон. Бактерії складаються на 75 - 85% з води, решта - білки, вуглеводи, ліпіди (жири) і нуклеїнові кислоти (РНК і ДНК). Їх клітини містять багато органічних сполук, легко доступних в загальному обміні речовин - цукру, кислоти, амінокислоти, нуклеотиди, фосфорні ефіри, вітаміни і т.п.

Енергію бактерії отримують в ході окислювально-відновних реакцій. По відношенню до кисню розрізняють аеробні та анаеробні бактерії. Перші розвиваються тільки при наявності вільного кисню, а окремі групи - пов`язаного кисню (наприклад - NO₃). Анаероби живуть за відсутності, або обмеженому доступі вільного кисню. Вони використовують сульфати, нітрати, вуглекислоту, органічні речовини.

За характером обміну бактерії поділяють на авто- і гетеротрофні. Автотрофи використовують для свого розвитку мінеральні речовини. Вуглець вони отримують з СО₂, а водень - з води, Н₂S, NH₃ або використовують газоподібний водень. Гетеротрофи потребують готових органічних сполуках. Енергію на відновлення СО₂ вони отримують від окислення органічних речовин. До гетеротрофам відносять більшість бактерій, виявлених в підземних водах.

До глибини 3 - 4 км кількість бактерій коливається від 10 тис. До 500 тис. Клітин на 1 мл. води. У найбільш сприятливих умовах це число досягає декількох мільйонів клітин в 1 мл. Число живих клітин досягає 95 - 99%. Основним фактором, що впливає на їх розвиток є температура. Верхньою межею, при яких може існувати життя бактерій вважають 90 - 98 ° C. Знижені температури (3 - 5 ° С) загальмовують розвиток бактерій. Їх повне вимирання мабуть відбувається при температурі близько мінус 10 ° С.

Бактерії, що розвиваються при температурі 20 - 40 ° С називають мезофільними. Для термофільних бактерій оптимальні умови життя - це температури від 40 до 75 ° С.

Окислення відновлювальних з`єднань сірки здійснюється тионовими бактіріямі. Вони представляють автоморфні мікроорганізми, що використовують вільну вуглекислоту (СО₂) На побудову свого тіла і отримують енергію від окислення сірки і її відновлених продуктів.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!