Формирование химического состава подземных вод: Минеральные воды

    Углекислые воды распространены в пределах Камчатки, Курильских островов, Сахалина, Большого  и Малого Кавказа, Карпат. Содержание мышьяка по данным исследователей а них изменяется от 0 до 170 мг/л. Самые известные примеры крепких мышьякосодержащих вод может служить Синегорская углекислая вода на острове Сахалин имеющая следующий состав: СО₂ 2,5; Аs 0,06; HBO₂ 2,0; H₂SiO₃ 0,052; T9⁰; pH6.

       Кроме мышьяка эти воды обычно содержат высокие концентрации хлора и бора, их количество варьируется от нескольких сотен до нескольких десятков мг/л. Геохимический облик мышьяксодержащих углекислых вод наиболее обоснованно связывают с термометаморфическими процессами. Они происходят в зонах наложения мощных тепловых потоков на формирование подземных вод в осадочных мелкодисперсных породах, имеющих повышенные концентрации мышьяка. В результате получается своеобразный «отход» мышьяка из пород.

     Распространение мышьяксодержащих вод тесно взаимосвязано с распространением низкотемпературной мышьяковой, сурьмяной и ртутной мынерализации, они часто прурочены к тем же тектоническим зонам, которые непосредственно контролируют распространение такой рудной минерализации. Полагают, что мышьяксодержащие углекислые воды являются современными реликтами тех рудоносных гидротермальных растворов, которые формировали низкотемпературную рудную минерализацию.

      Кислые мышьяксодержащие воды формирующиеся в зонах сульфидных месторождений, например, Урала, Большого и Малого Кавказа. Поскольку геохимический состав мышьяксодержащих вод формируется в результате окисления сульфидов. Они имеют рН ниже 3, а так же высокие концентрации железа, алюминия, цинка, меди и других элементов, присутствующих в минералах сульфидных месторождений.

      Кислые мышьяксодержащие воды так же имеют высокие значения окислительно-восстановительного потенциала, поэтому мышьяк находится в них преимущественно в виде мышьяковой кислоты Н₃АsО₄ и продуктов ее диссоциации.Типичным примером кислых мышьяксодержащих вод является источниу Зуби в Грузии, который приурочен к зоне залегания титонских пестроцветных отложений на порфиритовую толщу, содержащую мелкие вкрапления пирита.

6. Радоновые воды

      Радоновые воды подразделяются на очень слаборадоновые (от 185 до 750 Бк), слаборадоновые (750-1500 Бк), радоновые средней концентрации (1500-7500 Бк) и высокорадоновые(более 7500 Бк). Воды с концентрацией радона от 37 до 185 Бк применяются как лечебные только при условии организации процедур в проточных бассейнах             .

   Радоновые  воды обычно развиты в зонах  разломов кристаллических и метаморфических  пород на древних Восточно-Европейской  и Сибирской платформах, в молодых  (таких как) Кавказ и древних  – Урал, Казахстан, складчатых  поясах, битуминозных породах и торфяниках, содержащих радиоактивные элементы. Их образование связано с радиоактивным распадом, обогащенных радиоактивными элементами. Связь радоновых вод с породами, обогащенными органическим веществом, обусловлена свойствами органических веществ сорбировать радиоактивные элементы.

   Радоновые  воды, формирующиеся в разломах  кристаллических пород, могут  иметь высокую температуру; они,  как правило, маломинерализованные, меньше 1 г/л, щелочные, у которых  рН до 9, азотные, по преобладанию  N₂, SO₄-HCO₃-Ca и SO₄-Cl-Na состава.

В некоторых  минеральных водах радон является единственным лечебным компонентом, а  чаще сочетается с лечебными действиями других компонентов таких как: СО₂, H₂SiO₃, Fe и другие. Известен ряд курортов, использующих радоновые воды для лечения: на Алтае-Белокуриха и Нилова пустынь, на Кавказе – Пятигорск и Цхалтубо (Грузия), в Восточной Сибири – Усть-Кут, в Тянь-Шане – Джеты-Огуз, на Украине – Хмельник и другие.

    Такие исследователи как Посохов, Толстихин выделяют так же как самостоятельный тип кремнистые термы           . К этим водам относятся термальные воды с температурой более 35 ⁰С и содержанием H₂SiO₃ больше 50 мг/л. Эти воды формируются в различных гидрогеологических обстановках и характеризуются большим разнообразием химического состава. Чаще всего это азотные, реже метановые и углекислые термы. Далее приведены некоторые курорты, использущие кремнивые воды в лечебных целях: Кульдур, Ходжа-Обильгарм, Горячинск, Начики, Паратунка, Абастумани, Джемрук, Анкаван и другие.

7. Минеральные воды, обогащенные  органическим веществом

   Уникальное  лечебное действие на организм  человека оказывают минеральные  воды Нафтуся курорта Трускавец  на Украине. Долгое время причина  этого оставалась загадкой, начиная  с 1836 г., большинство исследователей объясняли это воздействием органического вещества, но расходились во мнении о том, какое именно.

    В.И.Вернадский  в монографии «История природных  вод» писал, что целительные  свойства минеральных вод типа  Нафтуся обязаны летучим органическим  веществам           . Одновременно было доказано большое значение биохимической деятельности микрофлоры, оказывающей существенное влияние на метаморфизацию растворенного в воде вещества.

Далее следует  привести характеристику минеральной  воды типа Нафтуся, которая была получена в результате многолетних исследований Швеца и Кирюхина             :

   Как показывают  данные, в Трускавецких минеральных  водах типа Нафтуся преобладает  до 100 мг/л и более летучих и  нелетучих органических веществ.  Предполагают, что бальнеологическое  воздействие органические вещества  оказывают в сочетании с микрокомпонентным составом, однако окончательное выяснение причин физиологического воздействие такой воды на организм человека требует дальнейшего исследования.

   Следует  так же отметить, развивая тему  о минеральных водах в целом,  что все типы минеральных вод обладают тем или иным количеством органических соединений, но их бальнеологическое воздействие «затушевывается» другими компонентами солевого и газового состава минеральных вод. Ниже приведены органические вещества, обнаруженные во всех геохимических типах минеральных вод, выраженных в мг/л            :

    Количество  содержания органических веществ  в подземных, в том числе  и минеральных, водах естественно  зависит от многих природных  условий и факторов. Ниже приведены  самые распространенные                :

1. Содержание рассеянного органического вещества в горных породах
2. Наличие нефтегазовых залежей
3. Минерализация
4. Температура и химический состав подземных вод
5. Глубина залегания
6. Окислительно-восстановительная обстановка
7. Микробиологическая активность

    Органические  вещества в подземных водах являются весьма подвижными, активными и очень изменчивыми компонентами. Их состав зависит от различных процессов, происходящих в подземной гидросфере. Большое значение для них имеют биохимические превращения органических веществ. Например, в кислородной среде происходит анаэробное разложение остатков наземной растительности – клетчатки, белков, углеводов. При этом низкая температура вод от +1 до +5^оС затормаживает деятельность микрофлоры, в результате чего грунтовые воды богаты малоразложившимся веществом.

    Биохимическое  разложение растительных и животных  продуктов может приводить к  появлению в водах промежуточных  органических соединений, таких  как жирные кислоты, органические  кислоты, аминокислоты, амины, спирты  и другие.

   Химические  реакции так же существенно изменяют состав растворенного органического вещества, при условиях нормальной и высокой температуре, наибольшее значение имеет гидролиз. Из школьного курса химии хорошо известно, что гидролиз жиров приводит к образованию глицерина и жирных кислот, а сложных эфиров - к появлению фенолов, спиртов, органических кислот. Таким образом органические кислоты в подземных водах широко распространены, а количественное содержание некоторых из них ( например, уксусной и муравьиной) достигает нескольких сотен мг/л.

4. Закономерности распространения минеральных вод

  Правильному пониманию процессов движения минеральных вод способствовали работы русских ученых Н. А. Жуковского, Л. С. Лейбензона и В. Н. Щелкачева, а также работы Р. Кампе и Л. Армана           . Изучение минеральных вод в России производилось в Забайкалье (Дарасун), Саянах (Аршан) и на Кавказе (Кисловодск, Боржоми).

  Динамика минеральных вод, как показали эти работы, подчиняется общим законам движения подземных вод. Некоторые особенности вносят лишь различия в удельных весах и температурах вод, но они имеют меньшее значение в динамике воды, чем гидростатический напор, обусловленный разностью областей питания и стока.

  Минеральные воды могут быть и грунтовыми и артезианскими. Среди последних большую роль играют трещинные и трещинно-пластовые минеральные воды. В районах молодой интрузивной деятельности они характеризуются повышенным содержанием специфических элементов, бурным выделением газов, а также пульсирующим режимом.

  Распределение основных типов минеральных вод связано с геотектоническим разделением земной коры на зоны альпийской складчатости и участки платформ. В пределах альпийской зоны сосредоточена главная масса выходов углекислых вод, приуроченных к очагам молодой магматической деятельности. Периферийные зоны складчатых областей с наличием нефтеносных фаций характеризуются сероводородными водами высокой концентрации           .

  Хлоридно-натриевые и хлоридные кальциево-натриевые воды обычно располагаются в глубоких впадинах платформ. На них в некоторых бассейнах, при наличии в породах гипса, залегают сульфатные воды, а выше, в зоне наиболее интенсивного водообмена — гидрокарбонатные. Местами гидрокарбонатные воды залегают непосредственно на хлоридных. Выступающие участки древних массивов обычно содержат гидрокарбонатные или сульфатные воды, связанные с корой выветривания этих массивов.

    Общие закономерности распределения минеральных вод хорошо прослеживаются на территории России. Минеральные воды образуют крупные гидрогеохимические области, в которых выделяются характерные  районы минеральных вод (например, район кавказских Минеральных Вод); внутри районов образуются динамические месторождения минеральных вод. Следовательно, каждый отдельный минеральный источник может рассматриваться как естественное или искусственное проявление динамического месторождения минеральных вод.