10. Гидролиз и его роль в формировании состава вод.

Гидролиз – реакция ионного обмена между минералом и водой. Основывается гидролиз на явление диссоциации молекул воды на ионы(H₂O = H­⁺+OH^-) При этом ионы водорода, проникая в решетку минерала, вытесняют катионы подвиж. элементов, а сами связываются с образующим при этом вторичными продуктами.

H₂O + NaAlSi₃O₈ -> HAlSi_hO_m + Na⁺+OH^- (Глинистый минерал)

Образование вторичной фазы минерала является основополагающим в выделении геохимических типов воды.

К вторичным минералам относят: коалинит, монтморилонит, гидрослюда.

Химические типы воды выделяются по соотношению ионов в растворе (формула Курлова).

Схема обработки гидрогеохимических данных и получение средних значений, характеризующих состав вод отдельных районов, регионов, ландшафтных зон выглядит следующим образом:

Среднее из отдельных анализов подземных вод одного типа водовмещающих пород -> среднее для района -> среднее для ландшафтных зон -> среднее для гидрогеологической провинции -> среднее для подземных вод зоны гипергенеза.

11. Состав подземных вод.

Природная вода – это сложный водный раствор. (В.И.Вернадский)

1. Макрокомпоненты

2. Микрокомпоненты

3. Газы

4. Органические вещества

5. Микроорганизмы

Большое значение имеют изотопы воды.

В настоящие время в подземных водах различными методами анализов выделяют более 85 видов хим. элементов.

Неорганические (минеральные) вещества

Si и Al – глинистые минералы.

По концентрации элементов в воде выделяются:

Название	Содержание в %	Типичные элементы
Макрокомпоненты	>10-2	Na, Ca, Cl, S, C
Микрокомпоненты	10-2 – 10-6	Br, Ba, B, Sr
Ультрамикрокомпонеты	<10-6	Au, As, Hg, U, Th, Ra, Rn, Hg

Макрокомпоненты определяют тип воды, ее Минерализацию.

Ca, Mg, K, Fe, Na – катионные компоненты

Cl, S, C, Si – анионогенные компоненты

Микрокомпоненты

Содержаться в незначительных кол-ах [Мг/л, доли/л]

Если их концентрация достигает размера макрокомпонентов, то они входят в формулу химического состава воды и определяют химический тип воды.

Микрокомпоненты, определяемые ГОСТом «Вода питьевая»: Fe, Mn, Cu, Zn, Al, Pb, Be, Mo, As, Se, Sr, F.

Для лечебно-минеральных вод определяют биологически активные микрокомпоненты: Fe, Br, I, B, F, As, S.

Для промышленных вод, наиболее активно извлекаются: I, B, Br, Li, Sr, Rb.

При поисках месторождений полезных ископаемых: As, B, Au, Ag, Cu, F, Fe, Hg, li, Mo, Ni, Pb, Se, Sn, Ti, Zn, U, Ra.

Органические соединения:

Компонентами являются представители всех химических групп, а именно углеводы, белки, липиды и классов: карбоновой кислоты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, амины и эфиры.

Методы определения органического вещества.

1. Фракционирования и концентрирования

2. Метод газовой хромотографии

3. Спектроскопия

Большое значение имеют гумусовые вещества: гиминовые кислоты и фуливые кислоты (OH, OCH_3…) их роль велика при комплексообразовании.

Основные источники поступления органического вещества являются: горные породы, почвы, нефтяные залежи. Часть из них поступает в воду в готовом виде, это в основном химически, биологически стойкие гумусовые вещества фенолы. Другая часть является продуктом сложных физико-химических и биохимических превращений.

Органические соединения играют существенную роль при переводе вещества из породы в водный раствор, а также в изменении миграционной способности химических элементов, что в конечном итоге проявляется в формировании химического состава подземных вод.

Микроорганизмы:

1. Микроскопические, одно- и многоклеточные

2. Растения(водоросли, бактерии, дрожжи и плесени)

Размер от долей до сотен мкм.

Бактерии питаются:

- органическими соединениями(жиры, углеводы, протеины, хитин…)

- минеральными веществами

- газы

- вода

- энергия (в процессе биологического окисления)

Бактерии:

1. Аэробные

2. Анаэробные

(Кислородные, без кислородные)

1. Автотрофные

2. Гетеротрофные

(По характеру питания)

Автотрофы - используют энергию фото и хемосинтеза, при этом углерод необходимый для построения клеток они берут из углекислоты, а водород из газообразного H₂, H₂O, H₂S.

Наибольшее значение имеют хемоавтотрофы.

Пример деятельности: восстановление шести валентной серы в двух валентную.

В подземных водах развиты гетеротрофы, большинство бактерий развиваются при pH от 6 до 7,5. Но есть бактерии которые существуют при различном pH.

В зоне Гипергенеза интенсивно развиваются гнилостные, сапрофитные, фенолы окисляющие, денитрифицирующие, клетчатковые и метанобразующие бактерии.

Слабо развиваются водород окисляющие, метанокисляющие.

Общие число бактерий различаются от нескольких тыс. до млн. на 1 мл.

Угнетающие влияние на рост бактерий оказывает следующие катионы: серебро, ртуть, медь,цинк.

Главная роль микроорганизма изменение газово-химического состава вод.

Газовый состав подземных вод

Газы:

1. Сорбированные

2. Растворенные

3. Свободные

Между свободными и растворенными газами существует динамическое равновесие, которое нарушается при воздействие температуры и давления.

Основные газы подземных вод: O₂, N₂, CO₂, H₂S, H₂,NH₃, He, Rn, Ar, Me, Xe.

По происхождению:

1. Воздушные (N₂, O₂, CO₂, Ne, Ar) проникают в атмосферу из атмосферного воздуха.

2. Биохимические (CH₄, CO₂, H₂, H₂S, H₂, O₂, тяжелые углеводороды) образуются при разложении микроорганизмами органических и минеральных веществ.

3. Химические (CH₄, CO₂, H₂, H₂S, CO₃, N₂, HCl, HF, SO₂, NH₃) образуется в результате взаимодействие воды и породы при нормальном и высоком давление и температуре.

4. Р/а продукты ядерных реакций (He, Rn)

Концентрация газов в подземных водах обусловлена газонасыщенностью - это кол-во газа растворенного в одном объеме воды.

Выражается:

1. В весовых единицах – число граммов или мг газа, растворенного в 1 л воды

2. В объемных единицах – число мл газа в 1 л воды (мл/л, см²/л) или число м³ на м³ воды.

Давление насыщения (упругость газа) – давление которое удерживает газ в водорастворенном состояние выражается в мПа (1атм = 0,10132 мПа).

Коэффициент растворимости газа – кол-во газа, насыщающего единицу объема жидкости при тех же условиях, на пересчитанное к давлению газа над жидкостью, равному 0,1 мПа.

Коэффициент насыщения подземных вод газами представляет собой отношение давления газа к гидростатическому давлению воды(P₂/P_b). При давление газа более гидростатического давления (P₂/P_b>1) газ выделяется в свободную фазу.