Газы подземной гидросферы

Растворенные газы в подземных водах

Наиболее распространенными газами в подземных водах являются кислород (О2), углекислота (СО2), сероводород (H2S), водород (Н2), метан (СН4), тяжелые углеводороды, азот (N2) и благородные газы.

Газы в подземных водах находятся как в растворенном состоянии, так и в виде свободных (спонтанных) газов. При уменьшении давле­ния растворенные газы могут переходить в свободные.

Кислород преимущественно имеет атмосферное происхо­ждение, частично выделяется водной растительностью при процессах фотосинтеза. В подземных водах он находится в виде растворенных молекул, содержание которых изменяется от 0 до 15 мг/л.

В основном кислород обнаруживается в подземных водах зоны аэрации, грунтовых водах и сравнительно неглубоко залегающих водах артезианских водоносных горизонтов. Однако в областях питания артезианских водоносных комплексов и по тектоническим трещинам в предгорных и горно-складчатых областях с водами атмосферного генезиса кислород проникает на большие глубины — сотни и тысячи метров. С глубиной его содержание в подземных водах постепенно убывает. Кислород, растворенный в воде, является окислителем для всех веществ, обладающих переменной валент­ностью и находящихся в растворе.

Углекислота, находящаяся в воде в виде углекислого газа, называется свободной углекислотой. Углекислота, так же как и кислород, поглощается подземными водами из воздуха атмосферы и, кроме того, она возникает при биохимических и химических процессах, протекающих в толщах горных пород земной коры; она также выделяется при вулканических и метаморфических процессах.

Подземные воды, содержащие свободную углекислоту, в коли­честве более равновесном, обладают свойством агрессивности по отношению к карбонатным породам, т. е. она приобретает способ­ность выщелачивать, а значит, и разрушать горные породы, бетон, железобетон.

Водород накапливается в подземных водах в процессе дис­социации воды и при разложении органических веществ, а также при гидролизе солей тяжелых металлов (сульфатов железа, меди, алюминия и др.) в зонах окисления сульфидных руд; кроме того, свободный водород выделяется в районах современной вулкани­ческой деятельности.

2. Методы обработки данных по химическо­му составу подземных вод

Основной химический состав подземных вод определяется содержанием наиболее распространенных трех анионов - НСО3-, S042-, Сl- и трех катионов - Са2+, Mg2+, Na+. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод - щелочность, соленость и жесткость. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод - щелочность, соленость и жесткость. По анионам выделяют три типа воды: 1) гидрокарбонатные; 2) сульфатные; 3) хлоридные и ряд промежуточных - гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные и более сложного состава. По соотношению c катионами они могут быть кальциевыми или магниевыми, или натриевыми, или смешанными кальциево-магниевыми, кальциево-магниево-натриевыми и др. При характеристике гидрохимических типов на первое место ставится преобладающий анион. Так, например, пресные воды в большинстве случаев гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, а солоноватые - могут быть сульфатно-кальциево-магниевыми.

3. Критерии оценки качества подземных вод

Загрязнение подземных вод на участках зоны влияния хозяйственных объектов характеризуется концентрацией загрязняющих веществ и размером площади области загрязнения.

Оценка опасности загрязнения подземной гидросферы чётко регламентирована нормативными и директивными документами и устанавливается по отношению к ПДК. Для оценки масштабов техногенного загрязнения подземных вод В.М. Гольдберг предлагает ввести физические точки их отсчёта. Такими точками отсчёта могут быть качество подземных вод в естественном состоянии (Се) и предельно-допустимая концентрация (ПДК) загрязняющих веществ в подземных водах, используемых для питьевых целей.

Критерии оценки степени загрязнения подземных вод для участков

хозяйственных объектов (промзоны) * (Критерии…, 1992)

Кроме того, для характеристики масштабов загрязнения подземных вод важное значение имеет размер площади (F) области загрязнения. Таким образом, состояние загрязнения подземных вод дается по двум показателям: качеству подземных вод (С) и размерам области загрязнения (F). На этой основе выделяется четыре уровня состояния подземных вод или классов их состояний:

– относительного благополучия (класс нормы). В основном качество подземных вод соизмеримо с Се, может превышать его, но не выходить за рамки ПДК, т.е. Се < С ПДК, при этом области загрязнения или вообще отсутствуют или незначительны по размерам (F < 0,5 км2);

– появление постоянных тенденций негативных изменений (класс риска). Качество подземных вод непрерывно ухудшается, оно достигло ПДК или превышает его, но не более 3–5 ПДК на отдельных участках (F от 0,5 до 5 км2);

– кризисное состояние (класс кризиса). Качество подземных вод на больших площадях существенно превышает ПДК (до 10 раз), т.е. ПДК < С/ПДК, при этом размеры площадей загрязнения меняются от 5 до 10 км2;

– бедственное состояние (класс бедствия). Качество подземных вод в зоне загрязнения более 10 ПДК с тенденцией к ухудшению, при этом размеры площадей загрязнения более 10 км2 с тенденцией к увеличению.

В первой зоне не требуется никаких специальных природоохранных мер, кроме соблюдения требований законодательства и осуществления контроля за состоянием подземных вод.

Во второй зоне должны быть предусмотрены ограничительные меры.

В третьей и четвёртой зонах необходимо незамедлительное осуществление специальных защитных мер.

Билет