Галогенез у системі породи – підґрунтові води – ґрунти

Підґрунтові води збагачуються солями в зонах живлення і транзиту за рахунок розчинення солей, що утворились при вивітрюванні первинних мінералів і солей, що накопичилися в минулому в осадових породах і континентальних нанесеннях. При початковій стадії за низької мінералізації підгрунтових вод і активному водообміні перехід солей з твердої фази до розчину відбувається у певній послідовності, у відповідності із розчинністю.

Найбільш інтенсивно розчиняються і надходять у підґрунтові води хлориди лужних і лужноземельних елементів та сульфати магнію, за ними – сульфати і карбонати натрію та калію. Значно слабше відбувається розчинення і винос гіпсу і, особливо, карбонатів кальцію та магнію. Ще в меншій мірі розчиняється кремнезем. Стосовно випадання солей в осад, то в областях транзиту і розвантаження підґрунтових вод, воно відбувається у зворотньому порядку. Інтенсивність водної міграції макроелементів суттєво змінюється при зміні кислотно-лужних умов, та вмісту елементів з перемінною валентністю окисно-відновних умов.

Підґрунтові води, збагачені легкорозчинними солями, діють на породи як сольові розчини, підвищуючи або знижуючи розчинність солей, що знаходяться в твердій фазі. Наприклад, розчинність гіпсу зростає при збільшенні концентрації у водах NaCl, MgCl₂, NaNО₃, тобто солей, що не мають з CaSО₄ однойменних йонів. Навіть, при значному вмісті в підґрунтових водах Na₂SО₄ MgSО₄ розчинність гіпсу знижується, а розчинність СаСО₃ зростає.

Мінералізація і хімічний склад солей підґрунтових вод при їх русі від зони живлення до областей розвантаження змінюється ще до початку випаровуваної концентрації вод. Вони збагачуються солями, що надходять з водовмісних порід і глибоких підземних вод, але втрачають частину розчинних у них компонентів при обмінних реакціях солей в розчині, взаємодії розчинених солей з водовмісними породами або при змішуванні з водами іншого хімічного складу.

Так, змішування содових вод з водами, що містять сульфати і хлориди кальцію, супроводжується зменшенням лужності та зростанням вмісту сульфатів і хлоридів натрію:

Na₂CО₃ + CaSО₄ = CaCО₃↓+ Na₂SО₄;

Na₂CО₃ + CaCl₂ = CaCO₃↓ + 2NaCl;

2NaHCО₃ + CaSО₄ = Ca(HCО₃)₂ + Na₂SО₄;

2NaHCО₃ + CaCl₂ = Ca(HCО₃)₂ + 2NaCl;

Ca(HCО₃)₂ « CaCО₃↓ + H₂C0₃

Відомі реакції незворотного зв^’язування розчиненого у воді магнію карбонатами кальцію водовмісних порід з утворенням доломіту:

MgSО₄ + 2СаСО₃ → MgCO₃- СаСО₃ + CaSО₄;

MgCl₂ + 2СаСО₃ → MgCО₃- СаСО₃ + СаС1₂

Реакції зв^’язування магнію сірчанокислих солей з доломітизацією порід супроводжуються їх огіпсовуванням.

Між катіонами солей, що містяться у підґрунтових водах і увібраними катіонами відбуваються реакції фізико-хімічного вбирання та обміну. Так, при взаємодії лужних вод з породами, що містять увібраний кальцій, мають місце такі реакції:

[ВКП^2-]Са²⁺ + Na₂CО₃ « [BKП^2-]2Na⁺ + CaCO₃;

[ВКП^2-]Са²⁺ + 2NaHCО₃ « [BKП^2-]2Na⁺ + Са(НСО₃)₂;

[ВКП^2-]Са²⁺ + Na₂SiО₃ « [BKП^2-]2Na⁺ + CaSiО₃.

* [ВКП] - вбирний комплекс породи (сукупність мінеральних колоїдів).

Входження катіону натрію у вбирний комплекс супроводжується появою в породах солонцевих властивостей (ущільнення, зниження водопроникності, сильною здатністю до набрякання). У дуже мінералізованих підґрунтових водах з великим вмістом хлоридів і сульфатів натрію обмінні реакції між підґрунтовими водами і породами проходять переважно в бік насичення останніх увібраним натрієм:

[BKП^2-]Mg²⁺ + 2NaCl → [BKII^2-]2Na⁺ + MgCl₂;

[ВКП^2-]Са²⁺ + 2NaCl → [BKП^2-]2Na⁺ + CaCl₂;

[BKП^2-]Mg²⁺ + Na₂SО₄ → [BKII^2-]2Na+ + MgSО₄;

[ВКП^2-]Са²⁺ + Na₂SО₄ → [BKII^2-]2Na⁺ + CaSО₄.

Внаслідок подібних обмінних реакцій сильно мінералізовані підґрунтові води набувають сульфатно-хлоридно-кальцієво-магнієвого складу. Можуть проходити і зворотні реакції витіснення увібраного натрію, якщо підґрунтові води містять розчинні кальцієві і магнієві солі:

[BKП^2-]2Na⁺ + CaSО₄ → [ВКП^2-]Са²⁺ + Na₂SО₄;

[ВКП^2- ]2Na⁺ + MgSО₄ — [BKП^2-]Mg²⁺ + Na₂SО₄.

Цей процес поширений у водоносних горизонтах з хлоридно-сульфатними або сульфатно-хлоридними підґрунтовими водами помірної мінералізації. В областях з високою випаровуваністю з наближенням підґрунтових вод до поверхні, до хімічного зв^’язування, фізико-хімічного вбирання і обміну додається також процес перетворення розчинних солей на осад внаслідок досягнення кристалізаційної концентрації.

Згідно із дослідженнями В.А.Ковди, кристалізаційна концентрація солей у підґрунтових водах починає проявлятися на глибині 3,5-4,0 м їх залягання і посилюється з глибини 2,8-3,0 м. У капілярній каймі, над підґрунтовими водами випаровування зростає і набуває максимуму в товщі ґрунту. Залежно від глибини залягання підґрунтових вод і водопідйомної здатності ґрунтотворних порід і ґрунтів повне випаровування розчинів і випадання солей в осад наступає в середині ґрунтового профілю або на поверхні ґрунту.