5. Види води в гірських породах.

Вода в гірських породах, складаючи літосферу, зустрічається в різних станах. Це питання було детально вивчено вченим А.Ф. Лєбєдєвим, що дозволило розробити класифікацію видів води в гірських породах.

В наш час в геології прийнята класифікація видів води гірських порід:

1. В вигляді пари;

2. Фізично зв’язана;

3. Капілярна;

4. Вільна;

5. В твердому стані;

6. Хімічно зв’язана.

Вода в вигляді пари (пароутворююча) знаходиться в повітрі, заповнює пори, тріщини і пустоти в породі, і рухається з місць з більшою пружністю повітря до місць з меншою.

Фізично зв’язана вода поділяються на гігроскопічну (адсорбовану), і плівчасту.

Гігроскопічно чи міцно зв’язана, вода утворює в зв’язку з поглинанням водяної пари частинками гірських порід і утриманням ними в з значною силою, сягаючої тисяч атмосфер. Густина такої води досягає 2, і замерзає при температурі -78 °С. така вода не переміщується без переходу в пароподібний стан, не передає гідростатичного тиску, причому утворює на частинах породи плівку неоднакової товщини.

Плівчаста вода утворюється в зв’язку конденсації водяної пари і розміщується у вигляді другого шару навколо гігроскопічної води. Вона може рухатись доволі повільно від більш товстіших плівок в бік тонких і не передає гідростатичного тиску. Обидва види води зв’язаної можуть бути видалені з породи тільки шляхом висушування при температурі 105-110°С.

Капілярна вода заповнює дрібні шпарини в гірських породах і володіє здатністю підніматися вище рівня ґрунтових вод. Капілярна вода передає гідростатичний тиск і замерзає при температурі трохи нижчій нуля, рухається під впливом сил тяжіння або поверхневого натягу; може бути видалена з гірської породи.

В результаті дії сил поверхневого натягу, направлених по дотичній до кульової поверхні меніска, правильніше її вертикальної складової. Вода в капілярі підіймається на висоту H_k. Чим менше діаметр пор, тим більша висота підйому капілярної вологи. Так як пори гірських порід, складаються з частинок різних розмірів, мають різний діаметр, то висота підйому води в них буде різною (див. таблиця 1.2).

Таблиця 1.2.

Висота капілярного підйому води для деяких гірських порід

Порода	Значення Hk, см
Пісок крупнозернистий	2 - 3,5
Пісок середньозернистий	12 - 35
Пісок дрібнозернистий	35 – 60
Супісок	60 – 120
Суглинок	120 -160
Глина	300 - 400

Крім звичайної капілярної води, наявна капілярна вода кутових пор і зважена вода. Капілярна вода кутових пор зустрічається в вигляді розрізнених між собою краплин; вона не рухається під впливом сили тяжіння. Зважена вода, завдяки наявності менісків в нижній частині капілярної зони, перешкоджаючих руху води вниз, утримується в капілярних порах і дрібних тріщинах, які не мають зв’язку з ґрунтовими водами.

Вільна (гравітаційна) вода переміщується в порах і тріщинах гірських порід під впливом сили тяжіння, передає гідростатичний тиск і може доволі легко видалятися з гірських порід. При цьому слід розрізняти воду інфільтраційну, яка рухається з верху вниз, і пластову, яка рухається в водопроникних горизонтах і утворює водоносні горизонти.

Вода в твердому стані представлена кристалами, лінзами і навіть пластами льоду в товщі мерзлих гірських порід.

Хімічно зв’язана вода – вода, яка входить в склад кристалічної решітки солей і мінералів. Вона поділяється на конституційну, кристалізаційну і цеолітну.

Кристалізаційна вода входить в склад мінералів строго визначеній кількості (наприклад, гіпс СaSO₄*2H₂O). Вона може виділятися з породи зазвичай при температурі 300°С. Цеолітна вода по відношенню до безводної речовини може змінювати свою кількість, зберігаючи при цьому однорідність речовини (наприклад, опал SiO₂*nH₂O); вона найменш міцно зв’язана з кристалічною решіткою. Частково цеолітна вода може виділятися з породи без нагрівання, а повністю – при температурі 300°С. Конституційною називають воду, зв’язану хімічно, коли водень і кисень беруть участь в молекулярній будові мінералу (наприклад, діаспор AlO*OH) і можуть бути виділені тільки шляхом повного руйнування при температурі 300°С (інколи 1000°С).

Мінеральні води

Підземні води поділяються на прісні /до 1‰/, солонуваті /1-25‰/, солоні /25-50‰/, розсоли /понад 50‰/. Підземні води, що чинять бальнеологічний вплив на організм людини, називають мінеральними.

Вони мають біологічно активні властивості, зумовлені підвищеним вмістом розчинених у воді певних хімічних компонентів, газів або органічних сполук. Отже, це води лікувальні. Але є води високомінералізовані, навіть розсоли, які не мають лікувальних властивостей, їх називають мінералізованими.

Найбільш поширена класифікація мінеральних вод за їх хімічним складом. Виділяють:

Гідрокарбонаті води, в яких вміст іона НС0₃ перевищує 25%-екв. /від суми аніонів/. За переважаючими катіонами тут виділяють підклас натрієвих, кальцієвих, магнієвих вод;

Хлоридні води з вмістом іона Сl 25%-екв. За переважаючими катіонами тут виділяють ті самі підкласи, що й в попередньому клас і;

Сульфатні мінеральні води, в яких вміст іона SO₄ становить 25%-екв. За катіонами виділяють ті самі підкласи, що і в попередніх]

Мінеральні води складного хімічного складу, що являють-собою, поєднання вод трьох попередніх класів;

Води з біологічно активними іонами /йоду, брому, миш’яку, заліза/, та води, що містять важкі або радіоактивні метали;

Води з великим вмістом органічних речовин;

Газові мінеральні води, що містять значну кількість розчинених газів /вуглекислі, сірководневі тощо/. Останні є дуже цінними.

Походження деяких груп мінеральних вод ще остаточно не з’ясоване, проте наявність водню і метану свідчить про інтенсивні біохімічні процеси у водоносному горизонті, що проходили або проходять. Вуглекислі води утворились під час метаморфічних процесів, деякі мінеральні води - внаслідок вилужування легкорозчинних гірських порід та складних обмінних реакцій між підземною водою і породами.

Крім мінеральних вод з лікувальними властивостями. існують промислові мінеральні води, що містять в розчинах певні компоненти або їх сполуки в кількостях, що дають змогу вести їх видобуток і переробку. З підземних вод видобувають йод, бром, кухонну сіль, сполуки бору, літію, рубідію, германію, урану та ін.

 

Завдання для самостійної роботи – 4 години: