Подземные воды

Подземные воды представляют собой одну из наиболее подвижных частей геологической среды. По подвижности она уступает только подземному газу и нефти. Но в отличие от последних она занимает практически все трещинно-поровое пространство пород, активно вза­имодействует с минералами последней и является основным транспор­тером минеральных веществ в литосфере.

Влага, как соединение кислорода с водородом, и вода, как вод­ный раствор, имеют не оди­наковую распространенность в недрах Зем­ли. Соединение водорода с кислородом имеет суще­ственно более широ­кое распространение и играет весьма важную роль практически в лю­бых геохимических процессах. Однако изотопный и структурный со­став самой этой влаги в разных геологических условиях пока изучен слабо, а гидрогеохимия исследует не столько эту влагу, как соеди­нение, сколько природные компоненты, растворенные в ней, и их вза­имоотношения. Когда говорят о поведении воды в магматических рас­плавах или мантии, т.е. в надкрити­ческом состоянии, имеют в виду не водный раствор, а влагу, как отдельный компонент рас­плава. Этот компонент, несомненно принимает участие в формировании состава подземных вод, но не как раствор, и по своей роли в этом процессе он может существенно уступать двуокиси углерода, хлору и другим макрокомпонентам. Поэтому гидрогеохимия исследует состав только природных водных растворов и компоненты в их составе. Магматичес­кие расплавы, мантия, так же, как и вмещающие породы и атмосфера, представляют интерес только как источники этих компонентов, но не как среда существования этих растворов. Верхней границей распро­странения таких растворов в недрах служит поверхность Земли. Дру­гой границей, нижней, служит критическая температура, выше которой водные растворы в жидком состоя­нии существовать не могут. Крити­ческая температура чистой воды равна 647⁰К (374⁰С). У водных растворов эта температура зависит от их состава. Увеличение содержания мине­ральных компонентов сдвигает ее в сторону больших значений, присутствие газовых компо­нентов - в сторону меньших значений.

Область распространения природных водных растворов в недрах называют иногда гидролитосферой. В настоящее время подсчитано, что гидролитосфера содержит до 150 млн. км³ гравитационной воды, что почти в 9 раз меньше, чем в океане. Даже если в этот объем вклю­чить физически и химически связанную влагу, объем воды в недрах может достигнуть только 420 млн. км³, что в 3 раза меньше, чем в океане. Только в верхнем двухкилометровом слое содержание грави­тационной и капиллярной воды достигает 23,4 млн. км³, из которых 10,53 млн. км³ пресной воды. Гораздо важнее то обстоятель­ство, что в недрах Земли находится до 30,1% всех пресных вод Земли, т.е. почти в 90 раз больше, чем в атмосфере, болотах и во всех реках и озерах вместе взятых. По запасам пресной воды недра Земли уступают только трудно доступным ледникам и снежным покровам Антарктиды, Гренландии и Арктических островов.

Указанные выше границы гидролитосферы определяют только диапазон условий, в кото­рых происходят все гидрохимические процессы. Характер изменения этих условий зависит от строения литосферы и характера ее взаимодействия с атмосферой и гидросферой. В соот­ветствии с этими факторами на Земле можно выделить три основные региона:

1- субаквальную океаническую кору;

2- субаквальную континентальную кору и

3- субаэральную континентальную кору.

Эти регионы различаются не только разными условиями существо­вания подземных вод, но и разным характером и направленностью кон­тролирующих их состав геохимических процессов. Во первых, во всех выделенных регионах в самой верхней части разреза преобладают оки­сли­тельные условия, но в субаквальных условиях они сопровождают про­цессы диагенеза, т.е. породообразования, а в субаэ­ральных - процессы гипергенеза, т.е. вы­ветривания пород. Во-вторых, во всех выделенных регионах окислительная обстановка с глубиной сменяется восстановительной, а процессы диагенеза и гипергенеза уступают место процессам эпигенеза. На территории океани­ческой коры последний практически отсутствует, в субаквальной континентальной коре он носит преимущественно прогрес­сивный характер, а в субаэральной континентальной, как правило, регрессивный. Поэтому в субаквальной континентальной коре за диа­генезом следует эпигенез пород, а в субаэральной, напротив, эпигенез пород сменяется гипергенезом. Во всех этих процессах при­нимает активное участие подземная вода, вступая в химическое взаимодействие с породой и обмениваясь с ней минеральными, газовыми и органическими компонентами. Однако воды условий диагенеза, гипергенеза и эпигенеза отличаются не только разным участием экзогенных (географических и биологических) и эндогенных (геологических) факторов в формировании их состава, но и разным генезисом и начальным составом вод.