Формирование химического состава подземных вод: Минеральные воды

 
 

Курсовая  работа по предмету География:

Формирование  химического состава подземных  вод: Минеральные воды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва, 2010 

     План

1. Введение
2. Общие сведения о минеральных водах
3. Геохимические типы минеральных вод:

3.1 Углекислые воды

3.2 Сероводородные воды

3.3 Азотные воды

3.4 Метановые воды

3.5 Железосодержащие воды

3.6 Мышьяксодержащие воды

3.7 Радоновые воды

3.8 Минеральные воды, обогащенные органическим веществом

4. Закономерности распространения минеральных вод
5. Влияние городских агломераций, промышленного и гражданского строительства на подземные воды
6. Минеральные воды и здоровье населения
7. Заключение
8. Список использованной литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение

     В последние десятилетия понятие об окружающей среде укоренилось не только в научной литературе, но прочно вошло в нашу повседневную жизнь. Все чаще проводятся международные конференции и симпозиумы, посвященные охране окружающей среды, организованные ООН, ЮНЕСКО, ЮНЕП и другими международными союзами и организациями. Специалисты многих стран мира выражают беспокойство по поводу прогрессирующего загрязнения воды и воздуха, истощения земельных и лесных ресурсов и вообще вопиющего вмешательства homosapiensa в природу.

     Во всех странах стало очевидным, что одним из важнейших природных ресурсов являются подземные воды. Еще в 1931 году академик А.П. Карпинский писал о подземной воде: « Вода-это не просто минеральное сырье, это не только средство для развития сельского хозяйства, вода – это действительный проводник культуры, это та живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не было»[ 2, C. 14].

     В отличие от других полезных ископаемых подземные воды имеют ряд специфических свойств, которые просто необходимо учитывать при их непосредственной эксплуатации в народном хозяйстве. Главной особенностью подземных вод – является их возобновляемость в процессе общего круговорота воды, что существенно отличает их от других полезных ископаемых. Кроме того, это очень важно, что при использовании подземных вод, происходит не только расходование, но во многих случаях и дополнительное формирование, вызванное усиленным питанием подземных вод поверхностными водами, а так же за счет испарения с уровня грунтовых вод.

      Другая очень важная специфика подземных вод – их подвижность и тесная взаимосвязь  с окружающей средой. Подземные воды, с одной стороны, находятся в постоянном и тесном взаимодействии с водовмещающими горными породами, а с другой- они связаны с поверхностными водотоками, морями, ландшафтами, растительностью. Так же стоит отметить, что подземные воды, составляя лишь 0.27% объема всей гидросферы, занимают значительное место в обеспечении потребностей человека в воде[2, C. 15]. Поэтому именно эта тема показалась автору данной работы наиболее актуальной для дальнейшего исследования.

      В этой работе будет сделана попытка раскрыть особенности формирования химического состава минеральных вод, поскольку химический состав, строение воды и ее свойства — один из важнейших вопросов современной химии и гидрогеологии. Не разрешив его, нельзя успешно изучать процессы, протекающие в земной коре, и рационально использовать природные воды. Почему именно минеральные воды? Именно этот вид подземных вод наиболее тесно связан с человеком, а, следовательно, именно он имеет непосредственное влияние на его жизнь и здоровье. Как известно, вода играет огромную роль в жизненных процессах не только как главная составная часть клеток и тканей человека, животных и растений, но и как среда, в которой протекают все химические процессы, связанные с жизнедеятельностью организмов. Почти в любой природной воде имеются органические вещества и микроорганизмы, без учета которых нельзя рассматривать процессы формирования и видоизменения химического состава воды.

  В данной  работе ставятся задачи: проанализировать химический состав минеральных вод, их подклассы и выявить основные особенности, отличающие их от других подземных вод. Так же будет рассмотрено влияние загрязнения окружающей среды на экосистему подземных вод, но одним из важных аспектов, который требует обязательного рассмотрения, это непосредственное бальнеологическое влияние минеральных вод на организм человека.

Общие сведения о минеральных  водах 

     К минеральным (лечебным) водам, по А.М. Овчинникову (1963) относятся природные воды,  которые могут оказывать на организм человека лечебное действие, обусловленное повышенным содержанием полезных, биологически активных компонентов ионно-солевого и газового состава, либо общим ионно-солевым составом воды, а так же органическими веществами [3, C. 42]. Эти воды широко применяются в курортно-санаторном деле и относятся к водам лечебного значения. По предложению В. И. Вернадского, воды с общей минерализацией более 1 г/л (0,1%) называют также минеральными или, если они не имеют лечебного значения, — минерализованными, а воды с общей минерализацией более 50 г/л (5%) —рассолами. Рассолы используются для добычи солей и химических элементов (брома, иода, радия и др.) и относятся к водам промышленного значения [10, C. 113]. Оценка вод лечебного и промышленного значения требует тщательного изучения их состава.

    Для отнесения подземных вод к категории минеральных (лечебных) можно пользоваться таблице, приведенной ниже. Однако следует учитывать, что приведенные в ней нормы являются условными, так как резкой грани между пресными и минеральными водами нет; многие воды лечебного значения имеют весьма слабую минерализацию, а нормы содержания отдельных компонентов, позволяющие называть воды специальным наименованием: железистые, литиевые, йодистые и т. п., требуют экспериментальной проверки. Поэтому в первом столбце таблицы показаны нижние пределы, которые позволяют выделять воды, уже начинающие отличаться по своим свойствам от пресных вод. 

Критерии  соотнесения подземных  вод к разделу  минеральных [3,C.46]

   Общая минерализация минеральных вод может быть различной. В некоторых случаях она составляет менее 0,5 г/л. Воды с общей минерализацией от 0,5 до 1 г/л, даже не содержащие специфических элементов, приведенных в табл. 46, являются переходными от пресных к минеральным, а минерализация выше 1 г/л уже ощущается на вкус.

Минеральные воды по составу очень разнообразны. В России наиболее распространена классификация минеральных вод В. А. Александрова, в которой по химическому составу выделяется шесть классов[1, C. 342].

1 класс. Гидрокарбонатные воды с преобладанием иона НСОз (более 25% же);

другие анионы составляют меньше 25%:

а) натриевые,

б) кальциевые,

в) магниевые. 

2 класс. Хлоридные воды с содержанием иона Сl более 25% же; Другие анионы составляют меньше 25%:

а) натриевые,

б) кальциевые,

в) магниевые.

3 класс. Сульфатные воды:

а) натриевые,

б) кальциевые,

в) магниевые.

4 класс. Воды сложного состава, представляющие собой сочетание вод первых трех классов:

а) хлоридно-гидрокарбонатные,

б) сульфатно-гидрокарбонатные,

в) хлоридно-сульфатные.

К этому же классу относятся воды еще более сложного состава.

5 класс. Воды с  наличием  биологически  активных ионов: железа — более

10 мг/л, мышьяка—1 мг/л, брома —25 мг/л, иода — 10 мг/л, лития - 5 мг/л, тяжелых или радиоактивных металлов, или с особыми лечебными свойствами.

6 класс. Газовые воды, со значительным содержанием газов:

а) углекислые,

б) сероводородные,

в) радиоактивные.

   Недостатком этой классификации является то, что одна и та же вода может попасть сразу в три класса: она может обладать тем или иным анионно-катионным составом (по классу 1, 2, 3 или 4), содержать биологически активные элементы (железо, бром, иод и др.), т. е. относиться к 5-му классу, и одновременно быть газовой (класс 6).

   По температуре минеральные воды принято делить на холодные, до 20°, теплые, или субтермальные, при 20—37° (за верхний предел принята температура человеческого тела), термальные при 37—42° и горячие, или гипертермальные, выше 42°. Наиболее ценными водами считаются те, которые не требуют искусственного нагревания или охлаждения[1, C. 342].

   Большое значение для оценки минеральных вод имеет количественное содержание в растворе газов и величина газового фактора, т. е. отношения дебита газа к дебиту воды. Обычно наиболее ценные типы минеральных вод являются газирующими и часто характеризуются газовым фактором больше единицы.

     Газы минеральных вод служат хорошими показателями условий их формирования. Углекислота указывает на процессы метаморфизма горных пород при высоких температурах, сероводород, метан — на биохимические процессы, азот — на глубокое проникновение атмосферного воздуха. В некоторых минеральных водах выделяющиеся газы имеют смешанный характер: сероводородно-метановый, азотно-метановый и т. д.

     Среди вод не газирующих, но содержащих в растворе небольшое количество газа, выделяются железистые воды как гидрокарбонатные, гак и сульфатные (купоросные), кальциево-магниево-натриевые воды с различным соотношением сульфатов и гидрокарбонатов (например, московская минеральная вода), а также более высокоминерализованные хлоридно-натриевые, хлоридные кальциево-натриевые воды (Старая Русса, Сольвычегодск и др.) и чистые хлоридно-кальциевые воды (например, вода Лугела в Грузии).

     Минеральные лечебные воды подразделяются на воды для наружного (для ванн) для внутреннего(питьевые) применения. В соответствии с ГОСТ 13273-88 выделяются две большие группы питьевых вод: лечебно-столовые с минерализацией от 1 до 10 г/л и лечебные, применяемые по назначению врача с минерализацией от 10 до 15 г/л, а при наличии в них мышьяка, бора и некоторых других биологически активных компонентов с минерализацией < 10  г/л [6, C. 5].

     Биологическое воздействие минеральных вод обусловлено не только их химическим и газовым составом, но и физико-химическим структурой, которая изменяется при их формировании в термобарических условиях глубоких горизонтов земной коры.

 

3. Геохимические типы минеральных вод 

3.1 Углекислые воды 

     В соответствии с современными воззрениями и нормами к углекислым относятся подземные воды, содержащие более 500 мг/л растворенной СО₂. К ним относятся характерные источники, имеющие различные названия: Нарзаны на Северном Кавказе, маджарицхали, или мжавецхали, в Грузии, аршаиы в Бурят-Монголии, квасы, или буркуты, в Карпатах, зауер-линги в Германии и т. д [1, C. 354]. Постоянно пульсирующие, обычно холодные и освежающие, расположенные в гористых живописных местах, они всегда привлекали внимание местного населения, и около них обычно создавались вначале небольшие народные курорты.

    Наиболее крупные районы углекислых источников расположены в очагах молодых интрузий, где на контактах изверженных и осадочных пород в некоторых местах формируются ценные горячие углекислые воды типов славяновской (Железноводск), Карловы Вары (Чехословакия), Исти-су (Азербайджан), Джермук (Армения). Существует мнение, что углекислые струи проявляются главным образом в центральных частях альпийской зоны. Однако фактические данные это опровергают; в частности, можно указать и на почти полное отсутствие углекислых вод в Альпах, на наличие крупного «пояса углекислых вод Германии» к северу от альпийской зоны и огромное развитие углекислых вод в Забайкалье и на Большом Кавказе[4, C. 289].

    Углекислые воды образуются в результате того, что углекислота, выделяющаяся при температуре около 400° из горных пород, насыщает подземные воды различных химических типов, которые заключены в крупные геологические структуры. Ввиду того, что такие структуры обычно приурочены к тектоническим поднятиям, в них преобладают гидрокарбонатные воды небольшой минерализации. Так образуются углекислые воды типа Нарзан (Кисловодск), Аршан (Саяны) и Дарасун (Забайкалье).

   Углекислота подземных вод полигенетична. Ее происхождение и накопление в этих водах связаны с различными процессами. К их числу относятся метаморфическое разложение карбонатсодержащих пород, разложение этих пород кислыми водами, дегазация глубинных зон земной коры, поступление углекислоты из очагов магматизма, бактериальное разложение органических веществ, окисление и метаморфизация этих веществ, декарбоксилизация липидов. В настоящее время общепризнанно, что основными процессами, приводящими к накоплению углекислоты в подземных водах, являются процессы отделения углекислоты очагами магматизма, дегазации мантии и особенно термометаморфические процессы преобразования карбонатсодержащих пород.