Лекция: воды хлоридные

К этому классу относятся преимущественно высокоминерализованные воды и рассолы океанов и морей, соляных озер и глубинных водоносных горизонтов. По катионному со­ставу они чаще всего являются натриевыми и очень редко магниевыми и кальциевыми.

Хорошо выраженные хлоридные натриевые подземные воды и рассолы обнаруживаются во многих районах земно­го шара. Их развитие обычно совпадает с распространением соленосных отложений, путем выщелачивании которых они образуются. Однако хлоридные натриевые воды могут воз­никать в водоносных горизонтах независимо от наличия в породах кристаллов галита, например в результате смеше­ния сульфатных натриевых или гидрокарбонатных натриевых boд с хлоридными кальциевыми по следующим реак­циям:

Na₂SО₄ (вода)+ CaCl₂ 2H₂O → 2NaCl∙2H₂O;

                                                         ^↓

2NaHCO₃+CaCl₂→2NaCl+ CaCO₃ +H₂O+CO₂

                                                                       ^↓

Изучение гидрохимических разрезов позволяет утверж­дать, что такой способ образования хлоридных натриевых вод вполне реален. Нередко наблюдаемое в артезианских бас­сейнах сочетание, гндрокарбонатно-хлоридной или сульфатно хлоридной натриевой зоны с расположенной ниже зоной хлоридных натриевых и еще ниже хлоридных кальциево-натриевых вод как раз свидетельствует о наличии процессов смеше­ния по указанным реакциям.

Хлориды магния присутствуют в морских водах, цодземных и поверхностных рассолах, в грунтовых водах континен­тального засоления и изредка в пресных водах. Почти всегда этот компонент играет второстепенную роль. Хлоридные маг­ниевые воды и рассолы встречаются исключительно редко. При испарении морской воды в конечном счете формируется хлоридный магниевый рассол. То же самое явление наблюдается в хлоридных самосадочных озерах. Летом после садки галита остаточная рана обогащается хлоридами магния, но преобладающими в составе рапы они становятся все же край­не редко.

      Хлориды кальция — весьма редкий компонент в верхней гидрохимической зоне, а также в поверхностных и метеорных водах. Редкая встречаемость СаС1₂ в этих водах объясняемся, с одной стороны, отсутствием таких горных пород и мине­ралов, которые бы содержали эту соль, а с другой стороны— неустойчивостью CaCl₂ в верхних водоносных горизонтах, в водах которых присутствуют соли антагонисты (Na₂SO₄, MgSO₄, NaHCO₃) по отношению к СаСl₂.

      Тем не менее, известны соляные озера, содержащие некоторую концентрацию хлоридов кальция (озера в Прикаспий­ской низменности. Мертвое море в Палестине и др.). Анализ условий питания озер такого состава показывает, что хлори­ды кальция приносятся в них из больших глубин источника­ми, выходящими на дне озер. Отсюда получается вывод об ус­тойчивости хлоридных кальциевых вод в недрах земли. Рас­сматриваемые воды особенно устойчивы в глубокозалегающих водоносных горизонтах, надежно изолированных от по­ступления верхних вод. В таких закрытых гидрогеологических структурах господствует анаэробная среда, способствующая сохранению хлоридов кальция в водоносных горизонтах.

Подземные рассолы типа IIIб (хлор-кальциевого по Сулину) широко развиты в земной коре. Они вскрываются бу­ровыми скважинами в нижних горизонтах артезианских бас­сейнов во многих районах СНГ и за рубежом. По преобла­дающим ионам характеризуемые рассолы являются преиму­щественно хлоридными натриевыми, довольно часто хлоридными кальциево-натриевыми или натриево-кальциевыми и весьма редко кальциевыми.

 При выведении этих рассолов на поверхность происходит вы падение солей в осадок. Кристаллизация солей прекращается при минерализации, близкой 500 г/л. Кристаллизующаяся соль сильно впитывает влагу, что объясняется гигроскопично­стью хлористого кальция.

Хлоридные кальциевые рассолы обычно залегают в оса­дочных, породах — доломитах, известняках, песчаниках и других. Проблема генезиса этих интересных вод до настояще­го времени удовлетворительно, не решена. Господствующей является теория морского происхождения рассолов «хлор-кальциевого типа», согласно которой они трактуются как за­хороненные сильно метаморфизованные воды древних морей.

. Взаимодействие между водой и породой может успешно протекать при услоёип выведения из сферы влияния реакции продуктов взаимодействия, в рассматривае­мом случае — хлоридов кальция. А это возможно при нали­чии движении воды, когда породу будут омывать все новые массы воды. Даже при замедленном движении теоретически может завершиться процесс полной доломитизаций известня­ков, однако при этом хлориды кальция в жидкой фазе не бу­дут накапливаться, коль скоро они будут постепенно уносить­ся медленным потоком. При застойном же режиме быстро на­ступит равновесие из-за появления СаСl₂ и течение реакции остановится.

Химический состав вод древнего океана отличался от современного, и подземные рассолы типа IIIб хотя и не тождественны рассолам древних морей, но от­ражают особенности их состава, т. е. химический тип подзем­ных рассолов в общих чертах является унаследованным,

        Кремнеземные или гидросиликатные воды. В анионном составе этих вод главную роль играют гидроснликатные ионы (HSiO₃^--). Минерализация их обычно не превышает 0,1 г/л, т.е. они относятся к категории весьма пресных или «ультрапресных» вод. Наряду с гидросиликатными в них обычно доминируют гпдрокарбонатные ионы, поэтому рассматриваемые воды пра­вильнее называть гидрокарбонатно-гидросиликатными.

Подобного состава весьма пресные воды выявлены в рай­онах тундры Севера и Кольского полуострова, вдоль побере­жья Баренцева моря, в высокогорных и среднегорных райо­нах Восточной Сибири, в Монголии и других местностях. Формированию их способствуют не только соответствующие климатические условия, но и наличие труднорастворимых силикатных пород. Многолетняя мерзлота также является причиной, обусловливающей слабую минерализацию вод. По­роды, скованные льдом, с трудом поддаются химическому выветриванию, а оттаивая, поставляют исключительно опресненную воду. Поэтому в области развития мерзлых пород в питьевой воде ощущается недостаток солей, кальция, фосфо­ра, стронция, йода.

Класс весьма пресных силикатных вод рассматривается как начальная стадия формирования химического состава природных вод. Чистый тип этих вод распространен сравни­тельно редко. Устойчивым он является при самой слабой ми­нерализации. При повышении минерализации кремнеземные воды переходят в класс гидрокарбонатных вод.

Кремнекислота значительно лучше растворяется в тер­мальных щелочных водах. Поэтому содержание кремнекислоты в гейзерах достигает 0,5 — 1 г/л.

      Кислые воды. Кислые воды характеризуются повышенным содержани­ем ионов Н ⁺; рН их меньше 4. Генезис кислых вод различен. Во-первых, они выделяются действующими вулканами. Некоторые термальные источники Камчатки, Курильских островов н других районов современного вулканизма содержат высокие концентрации серной или соляной кислоты.

      Во-вторых, кислые воды формируются в осадочных изверженных породах, включающих сульфидные минералы или рудные тела. В результате окисления сульфидов кислородом, растворенном в воде, появляются водородные и сулфатные ионы. Подземные воды сульфидных месторождении часто бывают кислыми. Для наглядности приведем состав вод зоны гипергенеза Гайского меедноколчеданного место­рождения. В пределах указанного месторождения непосредст­венно над рудным телом размещаются кислые сульфатные во ды. Формула их имеет следующий вид:

скважина 261

 рН=2,7;

скважина 124

 рН=4,6;

Подобные воды следует назвать сульфатными алюминиево-железистыми, или, короче, купоросными водами.

Благоприятная обстановка для образования кислых вод создается в рудниках и шахтах. Подземные воды, поступая в горные выработки, обогащаются кислородом воздуха, что усиливает их окислительные свойства. Если угольные пласты имеют включения пирита, то шахтные воды будут содержать серную кислоту. Такие кислые рудничные и шахтные воды обладают повышенной агрессивностью не только по отношению к бетону, но и к железу. Они причиняют значительные убытки горнорудным предприятиям.

 Основной причиной создания высокой кислотности рудных, рудничных и шахтных вод является значительная роль бактерий в процессе окисления. Как показали микроби­ологические исследования, преимущественная роль в бакте­риологическом окислении сульфидов принадлежит тионовым бактериям вида Thiobacillus ferrooxidans. Единственным источником энергии этого вида бактерий является окисление неорганического вещества.

Большая гидрогеохимическая роль упомянутых бактерий подтверждается их широким распространением в рудничных водах многих сульфидных и угольных месторождений.

      Основная литература: ОЛ 1 [89 - 110], 3 [123 - 172].    

     Дополнительная литература: ДЛ 9.

     Контрольные вопросы:

       1. Назовите химические классификации подземных вод?                                 

2. Как формруются кислые воды?

3. Какие соли относятся к первичным солям?